Metamath Proof Explorer


Theorem pm2mpmhm

Description: The transformation of polynomial matrices into polynomials over matrices is a homomorphism of multiplicative monoids. (Contributed by AV, 22-Oct-2019) (Revised by AV, 6-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses pm2mpmhm.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
pm2mpmhm.c โŠข ๐ถ = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
pm2mpmhm.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
pm2mpmhm.q โŠข ๐‘„ = ( Poly1 โ€˜ ๐ด )
pm2mpmhm.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ pMatToMatPoly ๐‘… )
Assertion pm2mpmhm ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐‘‡ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) MndHom ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pm2mpmhm.p โŠข ๐‘ƒ = ( Poly1 โ€˜ ๐‘… )
2 pm2mpmhm.c โŠข ๐ถ = ( ๐‘ Mat ๐‘ƒ )
3 pm2mpmhm.a โŠข ๐ด = ( ๐‘ Mat ๐‘… )
4 pm2mpmhm.q โŠข ๐‘„ = ( Poly1 โ€˜ ๐ด )
5 pm2mpmhm.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ pMatToMatPoly ๐‘… )
6 1 2 pmatring โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐ถ โˆˆ Ring )
7 eqid โŠข ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) = ( mulGrp โ€˜ ๐ถ )
8 7 ringmgp โŠข ( ๐ถ โˆˆ Ring โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) โˆˆ Mnd )
9 6 8 syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) โˆˆ Mnd )
10 3 matring โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐ด โˆˆ Ring )
11 4 ply1ring โŠข ( ๐ด โˆˆ Ring โ†’ ๐‘„ โˆˆ Ring )
12 eqid โŠข ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) = ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ )
13 12 ringmgp โŠข ( ๐‘„ โˆˆ Ring โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) โˆˆ Mnd )
14 10 11 13 3syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) โˆˆ Mnd )
15 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐ถ ) = ( Base โ€˜ ๐ถ )
16 7 15 mgpbas โŠข ( Base โ€˜ ๐ถ ) = ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) )
17 16 eqcomi โŠข ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) ) = ( Base โ€˜ ๐ถ )
18 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘„ ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘„ )
19 eqid โŠข ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) ) = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) )
20 eqid โŠข ( var1 โ€˜ ๐ด ) = ( var1 โ€˜ ๐ด )
21 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘„ ) = ( Base โ€˜ ๐‘„ )
22 12 21 mgpbas โŠข ( Base โ€˜ ๐‘„ ) = ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) )
23 22 eqcomi โŠข ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘„ )
24 1 2 17 18 19 20 3 4 5 23 pm2mpf โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐‘‡ : ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) ) โŸถ ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) ) )
25 1 2 3 4 5 17 pm2mpmhmlem2 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) ) ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ฅ ( .r โ€˜ ๐ถ ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ( .r โ€˜ ๐‘„ ) ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
26 1 2 15 18 19 20 3 4 5 idpm2idmp โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐ถ ) ) = ( 1r โ€˜ ๐‘„ ) )
27 24 25 26 3jca โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ( ๐‘‡ : ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) ) โŸถ ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) ) ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ฅ ( .r โ€˜ ๐ถ ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ( .r โ€˜ ๐‘„ ) ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆง ( ๐‘‡ โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐ถ ) ) = ( 1r โ€˜ ๐‘„ ) ) )
28 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) ) = ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) )
29 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) ) = ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) )
30 eqid โŠข ( .r โ€˜ ๐ถ ) = ( .r โ€˜ ๐ถ )
31 7 30 mgpplusg โŠข ( .r โ€˜ ๐ถ ) = ( +g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) )
32 eqid โŠข ( .r โ€˜ ๐‘„ ) = ( .r โ€˜ ๐‘„ )
33 12 32 mgpplusg โŠข ( .r โ€˜ ๐‘„ ) = ( +g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) )
34 eqid โŠข ( 1r โ€˜ ๐ถ ) = ( 1r โ€˜ ๐ถ )
35 7 34 ringidval โŠข ( 1r โ€˜ ๐ถ ) = ( 0g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) )
36 eqid โŠข ( 1r โ€˜ ๐‘„ ) = ( 1r โ€˜ ๐‘„ )
37 12 36 ringidval โŠข ( 1r โ€˜ ๐‘„ ) = ( 0g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) )
38 28 29 31 33 35 37 ismhm โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) MndHom ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) ) โ†” ( ( ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) โˆˆ Mnd โˆง ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) โˆˆ Mnd ) โˆง ( ๐‘‡ : ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) ) โŸถ ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) ) ( ๐‘‡ โ€˜ ( ๐‘ฅ ( .r โ€˜ ๐ถ ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ( .r โ€˜ ๐‘„ ) ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆง ( ๐‘‡ โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐ถ ) ) = ( 1r โ€˜ ๐‘„ ) ) ) )
39 9 14 27 38 syl21anbrc โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ Fin โˆง ๐‘… โˆˆ Ring ) โ†’ ๐‘‡ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐ถ ) MndHom ( mulGrp โ€˜ ๐‘„ ) ) )