Metamath Proof Explorer


Theorem m2pmfzgsumcl

Description: Closure of the sum of scaled transformed matrices. (Contributed by AV, 4-Nov-2019) (Proof shortened by AV, 28-Nov-2019)

Ref Expression
Hypotheses m2pmfzmap.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
m2pmfzmap.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
m2pmfzmap.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
m2pmfzmap.y โŠข ๐‘Œ = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
m2pmfzmap.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… )
m2pmfzmapfsupp.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐‘… )
m2pmfzmapfsupp.e โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) )
m2pmfzgsumcl.m โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Œ )
Assertion m2pmfzgsumcl ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โ†’ ( ๐‘Œ ฮฃg ( ๐‘– โˆˆ ( 0 ... ๐‘  ) โ†ฆ ( ( ๐‘– โ†‘ ๐‘‹ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘– ) ) ) ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 m2pmfzmap.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
2 m2pmfzmap.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
3 m2pmfzmap.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
4 m2pmfzmap.y โŠข ๐‘Œ = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
5 m2pmfzmap.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… )
6 m2pmfzmapfsupp.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐‘… )
7 m2pmfzmapfsupp.e โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) )
8 m2pmfzgsumcl.m โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Œ )
9 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) = ( Base โ€˜ ๐‘Œ )
10 crngring โŠข ( ๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
11 3 ply1ring โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
12 10 11 syl โŠข ( ๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
13 4 matring โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘ƒ โˆˆ Ring ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ Ring )
14 12 13 sylan2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ Ring )
15 ringcmn โŠข ( ๐‘Œ โˆˆ Ring โ†’ ๐‘Œ โˆˆ CMnd )
16 14 15 syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ CMnd )
17 16 3adant3 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ CMnd )
18 17 adantr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ CMnd )
19 fzfid โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โ†’ ( 0 ... ๐‘  ) โˆˆ Fin )
20 simpll1 โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โˆง ๐‘– โˆˆ ( 0 ... ๐‘  ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ Fin )
21 12 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
22 21 ad2antrr โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โˆง ๐‘– โˆˆ ( 0 ... ๐‘  ) ) โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
23 10 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
24 23 adantr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
25 elfznn0 โŠข ( ๐‘– โˆˆ ( 0 ... ๐‘  ) โ†’ ๐‘– โˆˆ โ„•0 )
26 eqid โŠข ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) = ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ )
27 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) = ( Base โ€˜ ๐‘ƒ )
28 3 6 26 7 27 ply1moncl โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘– โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘– โ†‘ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
29 24 25 28 syl2an โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โˆง ๐‘– โˆˆ ( 0 ... ๐‘  ) ) โ†’ ( ๐‘– โ†‘ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
30 10 anim2i โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) )
31 30 3adant3 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) )
32 simpl โŠข ( ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) โ†’ ๐‘  โˆˆ โ„•0 )
33 31 32 anim12i โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ๐‘  โˆˆ โ„•0 ) )
34 df-3an โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘  โˆˆ โ„•0 ) โ†” ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ๐‘  โˆˆ โ„•0 ) )
35 33 34 sylibr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘  โˆˆ โ„•0 ) )
36 simprr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) )
37 36 anim1i โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โˆง ๐‘– โˆˆ ( 0 ... ๐‘  ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) โˆง ๐‘– โˆˆ ( 0 ... ๐‘  ) ) )
38 1 2 3 4 5 m2pmfzmap โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘  โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) โˆง ๐‘– โˆˆ ( 0 ... ๐‘  ) ) ) โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘– ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
39 35 37 38 syl2an2r โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โˆง ๐‘– โˆˆ ( 0 ... ๐‘  ) ) โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘– ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
40 27 4 9 8 matvscl โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘ƒ โˆˆ Ring ) โˆง ( ( ๐‘– โ†‘ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) โˆง ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘– ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘– โ†‘ ๐‘‹ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘– ) ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
41 20 22 29 39 40 syl22anc โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โˆง ๐‘– โˆˆ ( 0 ... ๐‘  ) ) โ†’ ( ( ๐‘– โ†‘ ๐‘‹ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘– ) ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
42 41 ralrimiva โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘– โˆˆ ( 0 ... ๐‘  ) ( ( ๐‘– โ†‘ ๐‘‹ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘– ) ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )
43 9 18 19 42 gsummptcl โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing โˆง ๐‘€ โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘  โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐ต โ†‘m ( 0 ... ๐‘  ) ) ) ) โ†’ ( ๐‘Œ ฮฃg ( ๐‘– โˆˆ ( 0 ... ๐‘  ) โ†ฆ ( ( ๐‘– โ†‘ ๐‘‹ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘– ) ) ) ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Œ ) )