Metamath Proof Explorer


Theorem scmatid

Description: The identity matrix is a scalar matrix. (Contributed by AV, 20-Aug-2019) (Revised by AV, 18-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses scmatid.a ⊢ 𝐴 = ( 𝑁 Mat 𝑅 )
scmatid.b ⊢ 𝐵 = ( Base ‘ 𝐴 )
scmatid.e ⊢ 𝐸 = ( Base ‘ 𝑅 )
scmatid.0 ⊢ 0 = ( 0g ‘ 𝑅 )
scmatid.s ⊢ 𝑆 = ( 𝑁 ScMat 𝑅 )
Assertion scmatid ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 1r ‘ 𝐴 ) ∈ 𝑆 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 scmatid.a ⊢ 𝐴 = ( 𝑁 Mat 𝑅 )
2 scmatid.b ⊢ 𝐵 = ( Base ‘ 𝐴 )
3 scmatid.e ⊢ 𝐸 = ( Base ‘ 𝑅 )
4 scmatid.0 ⊢ 0 = ( 0g ‘ 𝑅 )
5 scmatid.s ⊢ 𝑆 = ( 𝑁 ScMat 𝑅 )
6 1 matring ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝐴 ∈ Ring )
7 eqid ⊢ ( 1r ‘ 𝐴 ) = ( 1r ‘ 𝐴 )
8 2 7 ringidcl ⊢ ( 𝐴 ∈ Ring → ( 1r ‘ 𝐴 ) ∈ 𝐵 )
9 6 8 syl ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 1r ‘ 𝐴 ) ∈ 𝐵 )
10 1 matsca2 ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝑅 = ( Scalar ‘ 𝐴 ) )
11 10 eqcomd ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( Scalar ‘ 𝐴 ) = 𝑅 )
12 11 fveq2d ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 1r ‘ ( Scalar ‘ 𝐴 ) ) = ( 1r ‘ 𝑅 ) )
13 eqid ⊢ ( Base ‘ 𝑅 ) = ( Base ‘ 𝑅 )
14 eqid ⊢ ( 1r ‘ 𝑅 ) = ( 1r ‘ 𝑅 )
15 13 14 ringidcl ⊢ ( 𝑅 ∈ Ring → ( 1r ‘ 𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
16 15 adantl ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 1r ‘ 𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
17 12 16 eqeltrd ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 1r ‘ ( Scalar ‘ 𝐴 ) ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
18 oveq1 ⊢ ( 𝑐 = ( 1r ‘ ( Scalar ‘ 𝐴 ) ) → ( 𝑐 ( ·𝑠 ‘ 𝐴 ) ( 1r ‘ 𝐴 ) ) = ( ( 1r ‘ ( Scalar ‘ 𝐴 ) ) ( ·𝑠 ‘ 𝐴 ) ( 1r ‘ 𝐴 ) ) )
19 18 eqeq2d ⊢ ( 𝑐 = ( 1r ‘ ( Scalar ‘ 𝐴 ) ) → ( ( 1r ‘ 𝐴 ) = ( 𝑐 ( ·𝑠 ‘ 𝐴 ) ( 1r ‘ 𝐴 ) ) ↔ ( 1r ‘ 𝐴 ) = ( ( 1r ‘ ( Scalar ‘ 𝐴 ) ) ( ·𝑠 ‘ 𝐴 ) ( 1r ‘ 𝐴 ) ) ) )
20 19 adantl ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) ∧ 𝑐 = ( 1r ‘ ( Scalar ‘ 𝐴 ) ) ) → ( ( 1r ‘ 𝐴 ) = ( 𝑐 ( ·𝑠 ‘ 𝐴 ) ( 1r ‘ 𝐴 ) ) ↔ ( 1r ‘ 𝐴 ) = ( ( 1r ‘ ( Scalar ‘ 𝐴 ) ) ( ·𝑠 ‘ 𝐴 ) ( 1r ‘ 𝐴 ) ) ) )
21 1 matlmod ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → 𝐴 ∈ LMod )
22 eqid ⊢ ( Scalar ‘ 𝐴 ) = ( Scalar ‘ 𝐴 )
23 eqid ⊢ ( ·𝑠 ‘ 𝐴 ) = ( ·𝑠 ‘ 𝐴 )
24 eqid ⊢ ( 1r ‘ ( Scalar ‘ 𝐴 ) ) = ( 1r ‘ ( Scalar ‘ 𝐴 ) )
25 2 22 23 24 lmodvs1 ⊢ ( ( 𝐴 ∈ LMod ∧ ( 1r ‘ 𝐴 ) ∈ 𝐵 ) → ( ( 1r ‘ ( Scalar ‘ 𝐴 ) ) ( ·𝑠 ‘ 𝐴 ) ( 1r ‘ 𝐴 ) ) = ( 1r ‘ 𝐴 ) )
26 21 9 25 syl2anc ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( ( 1r ‘ ( Scalar ‘ 𝐴 ) ) ( ·𝑠 ‘ 𝐴 ) ( 1r ‘ 𝐴 ) ) = ( 1r ‘ 𝐴 ) )
27 26 eqcomd ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 1r ‘ 𝐴 ) = ( ( 1r ‘ ( Scalar ‘ 𝐴 ) ) ( ·𝑠 ‘ 𝐴 ) ( 1r ‘ 𝐴 ) ) )
28 17 20 27 rspcedvd ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ∃ 𝑐 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ( 1r ‘ 𝐴 ) = ( 𝑐 ( ·𝑠 ‘ 𝐴 ) ( 1r ‘ 𝐴 ) ) )
29 13 1 2 7 23 5 scmatel ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( ( 1r ‘ 𝐴 ) ∈ 𝑆 ↔ ( ( 1r ‘ 𝐴 ) ∈ 𝐵 ∧ ∃ 𝑐 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ( 1r ‘ 𝐴 ) = ( 𝑐 ( ·𝑠 ‘ 𝐴 ) ( 1r ‘ 𝐴 ) ) ) ) )
30 9 28 29 mpbir2and ⊢ ( ( 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ) → ( 1r ‘ 𝐴 ) ∈ 𝑆 )