Metamath Proof Explorer


Theorem pm2mp

Description: The transformation of a sum of matrices having scaled monomials with the same power as entries into a sum of scaled monomials as a polynomial over matrices. (Contributed by AV, 12-Nov-2019) (Revised by AV, 7-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses monmat2matmon.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
monmat2matmon.c โŠข ๐ถ = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
monmat2matmon.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ถ )
monmat2matmon.m1 โŠข โˆ— = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘„ )
monmat2matmon.e1 โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) )
monmat2matmon.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐ด )
monmat2matmon.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
monmat2matmon.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐ด )
monmat2matmon.q โŠข ๐‘„ = ( Poly1 โ€˜ ๐ด )
monmat2matmon.i โŠข ๐ผ = ( ๐‘ pMatToMatPoly ๐‘… )
monmat2matmon.e2 โŠข ๐ธ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) )
monmat2matmon.y โŠข ๐‘Œ = ( var1 โ€˜ ๐‘… )
monmat2matmon.m2 โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ถ )
monmat2matmon.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… )
Assertion pm2mp ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ๐ผ โ€˜ ( ๐ถ ฮฃg ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) ) ) = ( ๐‘„ ฮฃg ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) โˆ— ( ๐‘› โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 monmat2matmon.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
2 monmat2matmon.c โŠข ๐ถ = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
3 monmat2matmon.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ถ )
4 monmat2matmon.m1 โŠข โˆ— = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘„ )
5 monmat2matmon.e1 โŠข โ†‘ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) )
6 monmat2matmon.x โŠข ๐‘‹ = ( var1 โ€˜ ๐ด )
7 monmat2matmon.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
8 monmat2matmon.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐ด )
9 monmat2matmon.q โŠข ๐‘„ = ( Poly1 โ€˜ ๐ด )
10 monmat2matmon.i โŠข ๐ผ = ( ๐‘ pMatToMatPoly ๐‘… )
11 monmat2matmon.e2 โŠข ๐ธ = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) )
12 monmat2matmon.y โŠข ๐‘Œ = ( var1 โ€˜ ๐‘… )
13 monmat2matmon.m2 โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ถ )
14 monmat2matmon.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ matToPolyMat ๐‘… )
15 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐ถ ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ )
16 crngring โŠข ( ๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
17 16 anim2i โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) )
18 1 2 pmatring โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐ถ โˆˆ Ring )
19 ringcmn โŠข ( ๐ถ โˆˆ Ring โ†’ ๐ถ โˆˆ CMnd )
20 17 18 19 3syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐ถ โˆˆ CMnd )
21 20 adantr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ๐ถ โˆˆ CMnd )
22 7 matring โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐ด โˆˆ Ring )
23 16 22 sylan2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐ด โˆˆ Ring )
24 9 ply1ring โŠข ( ๐ด โˆˆ Ring โ†’ ๐‘„ โˆˆ Ring )
25 ringmnd โŠข ( ๐‘„ โˆˆ Ring โ†’ ๐‘„ โˆˆ Mnd )
26 23 24 25 3syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐‘„ โˆˆ Mnd )
27 26 adantr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ๐‘„ โˆˆ Mnd )
28 nn0ex โŠข โ„•0 โˆˆ V
29 28 a1i โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ โ„•0 โˆˆ V )
30 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘„ ) = ( Base โ€˜ ๐‘„ )
31 1 2 3 4 5 6 7 9 30 10 pm2mpghm โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐ผ โˆˆ ( ๐ถ GrpHom ๐‘„ ) )
32 16 31 sylan2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐ผ โˆˆ ( ๐ถ GrpHom ๐‘„ ) )
33 32 adantr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ๐ผ โˆˆ ( ๐ถ GrpHom ๐‘„ ) )
34 ghmmhm โŠข ( ๐ผ โˆˆ ( ๐ถ GrpHom ๐‘„ ) โ†’ ๐ผ โˆˆ ( ๐ถ MndHom ๐‘„ ) )
35 33 34 syl โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ๐ผ โˆˆ ( ๐ถ MndHom ๐‘„ ) )
36 17 adantr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) )
37 36 adantr โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) )
38 elmapi โŠข ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โ†’ ๐‘€ : โ„•0 โŸถ ๐พ )
39 38 adantr โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ๐‘€ : โ„•0 โŸถ ๐พ )
40 39 adantl โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ๐‘€ : โ„•0 โŸถ ๐พ )
41 40 ffvelcdmda โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) โˆˆ ๐พ )
42 simpr โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•0 )
43 7 8 14 1 2 3 13 11 12 mat2pmatscmxcl โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โˆง ( ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) โˆˆ ๐ต )
44 37 41 42 43 syl12anc โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) โˆˆ ๐ต )
45 fvexd โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( 0g โ€˜ ๐ถ ) โˆˆ V )
46 ovexd โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) โˆˆ V )
47 simpr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) )
48 fvex โŠข ( 0g โ€˜ ๐ด ) โˆˆ V
49 fsuppmapnn0ub โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ( 0g โ€˜ ๐ด ) โˆˆ V ) โ†’ ( ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ฆ < ๐‘ฅ โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) )
50 47 48 49 sylancl โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โ†’ ( ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ฆ < ๐‘ฅ โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) )
51 csbov12g โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) )
52 csbov1g โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) = ( โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) )
53 csbvarg โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ๐‘› = ๐‘ฅ )
54 53 oveq1d โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) = ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) )
55 52 54 eqtrd โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) = ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) )
56 csbfv2g โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) = ( ๐‘‡ โ€˜ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) )
57 csbfv2g โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) = ( ๐‘€ โ€˜ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ๐‘› ) )
58 53 fveq2d โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ๐‘› ) = ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) )
59 57 58 eqtrd โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) = ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) )
60 59 fveq2d โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) = ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
61 56 60 eqtrd โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) = ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
62 55 61 oveq12d โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ) )
63 51 62 eqtrd โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ) )
64 63 adantl โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ) )
65 64 adantr โŠข ( ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ) )
66 fveq2 โŠข ( ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = ( ๐‘‡ โ€˜ ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) )
67 66 oveq2d โŠข ( ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ) = ( ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) )
68 14 7 8 1 2 3 mat2pmatghm โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐‘‡ โˆˆ ( ๐ด GrpHom ๐ถ ) )
69 16 68 sylan2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐‘‡ โˆˆ ( ๐ด GrpHom ๐ถ ) )
70 69 ad3antrrr โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘‡ โˆˆ ( ๐ด GrpHom ๐ถ ) )
71 ghmmhm โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ ( ๐ด GrpHom ๐ถ ) โ†’ ๐‘‡ โˆˆ ( ๐ด MndHom ๐ถ ) )
72 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐ด ) = ( 0g โ€˜ ๐ด )
73 72 15 mhm0 โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ ( ๐ด MndHom ๐ถ ) โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ ) )
74 70 71 73 3syl โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ ) )
75 74 oveq2d โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( 0g โ€˜ ๐ถ ) ) )
76 1 ply1ring โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
77 16 76 syl โŠข ( ๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
78 2 matlmod โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘ƒ โˆˆ Ring ) โ†’ ๐ถ โˆˆ LMod )
79 77 78 sylan2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐ถ โˆˆ LMod )
80 79 ad3antrrr โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐ถ โˆˆ LMod )
81 eqid โŠข ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) = ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ )
82 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) = ( Base โ€˜ ๐‘ƒ )
83 81 82 mgpbas โŠข ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) = ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) )
84 77 adantl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ Ring )
85 81 ringmgp โŠข ( ๐‘ƒ โˆˆ Ring โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) โˆˆ Mnd )
86 84 85 syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) โˆˆ Mnd )
87 86 ad3antrrr โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ƒ ) โˆˆ Mnd )
88 simpr โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 )
89 16 adantl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
90 12 1 82 vr1cl โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ๐‘Œ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
91 89 90 syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
92 91 ad3antrrr โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
93 83 11 87 88 92 mulgnn0cld โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
94 1 ply1crng โŠข ( ๐‘… โˆˆ CRing โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ CRing )
95 2 matsca2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘ƒ โˆˆ CRing ) โ†’ ๐‘ƒ = ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) )
96 94 95 sylan2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ๐‘ƒ = ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) )
97 96 eqcomd โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) = ๐‘ƒ )
98 97 ad3antrrr โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) = ๐‘ƒ )
99 98 fveq2d โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ƒ ) )
100 93 99 eleqtrrd โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) ) )
101 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) = ( Scalar โ€˜ ๐ถ )
102 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) )
103 101 13 102 15 lmodvs0 โŠข ( ( ๐ถ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( 0g โ€˜ ๐ถ ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ ) )
104 80 100 103 syl2anc โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( 0g โ€˜ ๐ถ ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ ) )
105 75 104 eqtrd โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ ) )
106 67 105 sylan9eqr โŠข ( ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ ) )
107 65 106 eqtrd โŠข ( ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ ) )
108 107 ex โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐ด ) โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ ) ) )
109 108 imim2d โŠข ( ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ < ๐‘ฅ โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ < ๐‘ฅ โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ ) ) ) )
110 109 ralimdva โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ฆ < ๐‘ฅ โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ฆ < ๐‘ฅ โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ ) ) ) )
111 110 reximdva โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ฆ < ๐‘ฅ โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ฆ < ๐‘ฅ โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ ) ) ) )
112 50 111 syld โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) ) โ†’ ( ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ฆ < ๐‘ฅ โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ ) ) ) )
113 112 impr โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ( ๐‘ฆ < ๐‘ฅ โ†’ โฆ‹ ๐‘ฅ / ๐‘› โฆŒ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( 0g โ€˜ ๐ถ ) ) )
114 45 46 113 mptnn0fsupp โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) finSupp ( 0g โ€˜ ๐ถ ) )
115 3 15 21 27 29 35 44 114 gsummptmhm โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ๐‘„ ฮฃg ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ผ โ€˜ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) ) ) = ( ๐ผ โ€˜ ( ๐ถ ฮฃg ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) ) ) )
116 simpll โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) )
117 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 monmat2matmon โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ๐ผ โ€˜ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) = ( ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) โˆ— ( ๐‘› โ†‘ ๐‘‹ ) ) )
118 116 41 42 117 syl12anc โŠข ( ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ผ โ€˜ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) = ( ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) โˆ— ( ๐‘› โ†‘ ๐‘‹ ) ) )
119 118 mpteq2dva โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ผ โ€˜ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) ) = ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) โˆ— ( ๐‘› โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) )
120 119 oveq2d โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ๐‘„ ฮฃg ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ผ โ€˜ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) ) ) = ( ๐‘„ ฮฃg ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) โˆ— ( ๐‘› โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) ) )
121 115 120 eqtr3d โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ CRing ) โˆง ( ๐‘€ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m โ„•0 ) โˆง ๐‘€ finSupp ( 0g โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ๐ผ โ€˜ ( ๐ถ ฮฃg ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘› ๐ธ ๐‘Œ ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) ) ) ) ) ) = ( ๐‘„ ฮฃg ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘› ) โˆ— ( ๐‘› โ†‘ ๐‘‹ ) ) ) ) )