Metamath Proof Explorer


Theorem mp2pm2mplem5

Description: Lemma 5 for mp2pm2mp . (Contributed by AV, 12-Oct-2019) (Revised by AV, 5-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses mp2pm2mp.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
mp2pm2mp.q โŠข ๐‘„ = ( Poly1 โ€˜ ๐ด )
mp2pm2mp.l โŠข ๐ฟ = ( Base โ€˜ ๐‘„ )
mp2pm2mp.m โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ƒ )
mp2pm2mp.e โŠข ๐ธ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) )
mp2pm2mp.y โŠข ๐‘Œ = ( var1 โ€˜ ๐‘… )
mp2pm2mp.i โŠข ๐ผ = ( ๐‘ โˆˆ ๐ฟ โ†ฆ ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ ( ๐‘ƒ ฮฃg ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘˜ ๐ธ ๐‘Œ ) ) ) ) ) )
mp2pm2mplem2.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
mp2pm2mplem5.m โŠข โˆ— = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘„ )
mp2pm2mplem5.e โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) )
mp2pm2mplem5.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐ด )
Assertion mp2pm2mplem5 ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘‚ ) decompPMat ๐‘˜ ) โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) finSupp ( 0g โ€˜ ๐‘„ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mp2pm2mp.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
2 mp2pm2mp.q โŠข ๐‘„ = ( Poly1 โ€˜ ๐ด )
3 mp2pm2mp.l โŠข ๐ฟ = ( Base โ€˜ ๐‘„ )
4 mp2pm2mp.m โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ƒ )
5 mp2pm2mp.e โŠข ๐ธ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) )
6 mp2pm2mp.y โŠข ๐‘Œ = ( var1 โ€˜ ๐‘… )
7 mp2pm2mp.i โŠข ๐ผ = ( ๐‘ โˆˆ ๐ฟ โ†ฆ ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ ( ๐‘ƒ ฮฃg ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘˜ ๐ธ ๐‘Œ ) ) ) ) ) )
8 mp2pm2mplem2.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
9 mp2pm2mplem5.m โŠข โˆ— = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘„ )
10 mp2pm2mplem5.e โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) )
11 mp2pm2mplem5.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐ด )
12 nn0ex โŠข โ„•0 โˆˆ V
13 12 a1i โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โ†’ โ„•0 โˆˆ V )
14 1 matring โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐ด โˆˆ Ring )
15 2 ply1lmod โŠข ( ๐ด โˆˆ Ring โ†’ ๐‘„ โˆˆ LMod )
16 14 15 syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐‘„ โˆˆ LMod )
17 16 3adant3 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โ†’ ๐‘„ โˆˆ LMod )
18 14 3adant3 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โ†’ ๐ด โˆˆ Ring )
19 2 ply1sca โŠข ( ๐ด โˆˆ Ring โ†’ ๐ด = ( Scalar โ€˜ ๐‘„ ) )
20 18 19 syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โ†’ ๐ด = ( Scalar โ€˜ ๐‘„ ) )
21 simpl2 โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
22 eqid โŠข ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
23 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) = ( Base โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) )
24 1 2 3 8 4 5 6 7 22 23 mply1topmatcl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โ†’ ( ๐ผ โ€˜ ๐‘‚ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) )
25 24 adantr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ผ โ€˜ ๐‘‚ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) )
26 simpr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
27 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐ด ) = ( Base โ€˜ ๐ด )
28 8 22 23 1 27 decpmatcl โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ( ๐ผ โ€˜ ๐‘‚ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ ) ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘‚ ) decompPMat ๐‘˜ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ด ) )
29 21 25 26 28 syl3anc โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘‚ ) decompPMat ๐‘˜ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ด ) )
30 eqid โŠข ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) = ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ )
31 2 11 30 10 3 ply1moncl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ Ring โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) โˆˆ ๐ฟ )
32 18 31 sylan โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) โˆˆ ๐ฟ )
33 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘„ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘„ )
34 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐ด ) = ( 0g โ€˜ ๐ด )
35 fveq2 โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘™ โ†’ ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘˜ ) = ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘™ ) )
36 35 oveqd โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘™ โ†’ ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ๐‘— ) = ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘™ ) ๐‘— ) )
37 oveq1 โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘™ โ†’ ( ๐‘˜ ๐ธ ๐‘Œ ) = ( ๐‘™ ๐ธ ๐‘Œ ) )
38 36 37 oveq12d โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘™ โ†’ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘˜ ๐ธ ๐‘Œ ) ) = ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘™ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘™ ๐ธ ๐‘Œ ) ) )
39 38 cbvmptv โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘˜ ๐ธ ๐‘Œ ) ) ) = ( ๐‘™ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘™ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘™ ๐ธ ๐‘Œ ) ) )
40 39 oveq2i โŠข ( ๐‘ƒ ฮฃg ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘˜ ๐ธ ๐‘Œ ) ) ) ) = ( ๐‘ƒ ฮฃg ( ๐‘™ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘™ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘™ ๐ธ ๐‘Œ ) ) ) )
41 40 a1i โŠข ( ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ( ๐‘ƒ ฮฃg ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘˜ ๐ธ ๐‘Œ ) ) ) ) = ( ๐‘ƒ ฮฃg ( ๐‘™ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘™ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘™ ๐ธ ๐‘Œ ) ) ) ) )
42 41 mpoeq3ia โŠข ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ ( ๐‘ƒ ฮฃg ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘˜ ๐ธ ๐‘Œ ) ) ) ) ) = ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ ( ๐‘ƒ ฮฃg ( ๐‘™ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘™ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘™ ๐ธ ๐‘Œ ) ) ) ) )
43 42 mpteq2i โŠข ( ๐‘ โˆˆ ๐ฟ โ†ฆ ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ ( ๐‘ƒ ฮฃg ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘˜ ๐ธ ๐‘Œ ) ) ) ) ) ) = ( ๐‘ โˆˆ ๐ฟ โ†ฆ ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ ( ๐‘ƒ ฮฃg ( ๐‘™ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘™ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘™ ๐ธ ๐‘Œ ) ) ) ) ) )
44 7 43 eqtri โŠข ๐ผ = ( ๐‘ โˆˆ ๐ฟ โ†ฆ ( ๐‘– โˆˆ ๐‘ , ๐‘— โˆˆ ๐‘ โ†ฆ ( ๐‘ƒ ฮฃg ( ๐‘™ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘– ( ( coe1 โ€˜ ๐‘ ) โ€˜ ๐‘™ ) ๐‘— ) ยท ( ๐‘™ ๐ธ ๐‘Œ ) ) ) ) ) )
45 1 2 3 4 5 6 44 8 mp2pm2mplem4 โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘‚ ) decompPMat ๐‘˜ ) = ( ( coe1 โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐‘˜ ) )
46 45 mpteq2dva โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘‚ ) decompPMat ๐‘˜ ) ) = ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( coe1 โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
47 2 3 34 mptcoe1fsupp โŠข ( ( ๐ด โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( coe1 โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ) finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) )
48 14 47 stoic3 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( coe1 โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ) finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) )
49 46 48 eqbrtrd โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘‚ ) decompPMat ๐‘˜ ) ) finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) )
50 13 17 20 3 29 32 33 34 9 49 mptscmfsupp0 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐‘‚ โˆˆ ๐ฟ ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘‚ ) decompPMat ๐‘˜ ) โˆ— ( ๐‘˜ โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) finSupp ( 0g โ€˜ ๐‘„ ) )