Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  mdetlap Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem mdetlap 29060
Description: Laplace expansion of the determinant of a square matrix. (Contributed by Thierry Arnoux, 19-Aug-2020.)
Hypotheses
Ref Expression
madjusmdet.b 𝐵 = (Base‘𝐴)
madjusmdet.a 𝐴 = ((1...𝑁) Mat 𝑅)
madjusmdet.d 𝐷 = ((1...𝑁) maDet 𝑅)
madjusmdet.k 𝐾 = ((1...𝑁) maAdju 𝑅)
madjusmdet.t · = (.r𝑅)
madjusmdet.z 𝑍 = (ℤRHom‘𝑅)
madjusmdet.e 𝐸 = ((1...(𝑁 − 1)) maDet 𝑅)
madjusmdet.n (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
madjusmdet.r (𝜑𝑅 ∈ CRing)
madjusmdet.i (𝜑𝐼 ∈ (1...𝑁))
madjusmdet.j (𝜑𝐽 ∈ (1...𝑁))
madjusmdet.m (𝜑𝑀𝐵)
Assertion
Ref Expression
mdetlap (𝜑 → (𝐷𝑀) = (𝑅 Σg (𝑗 ∈ (1...𝑁) ↦ ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · ((𝐼𝑀𝑗) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)))))))
Distinct variable groups:   𝐵,𝑗   𝑗,𝐼   𝑗,𝐽   𝑗,𝑀   𝑗,𝑁   𝑅,𝑗   𝜑,𝑗   · ,𝑗   𝐴,𝑗   𝑗,𝐾
Allowed substitution hints:   𝐷(𝑗)   𝐸(𝑗)   𝑍(𝑗)

Proof of Theorem mdetlap
StepHypRef Expression
1 madjusmdet.r . . 3 (𝜑𝑅 ∈ CRing)
2 madjusmdet.m . . 3 (𝜑𝑀𝐵)
3 madjusmdet.i . . 3 (𝜑𝐼 ∈ (1...𝑁))
4 madjusmdet.a . . . 4 𝐴 = ((1...𝑁) Mat 𝑅)
5 madjusmdet.b . . . 4 𝐵 = (Base‘𝐴)
6 madjusmdet.d . . . 4 𝐷 = ((1...𝑁) maDet 𝑅)
7 madjusmdet.k . . . 4 𝐾 = ((1...𝑁) maAdju 𝑅)
8 madjusmdet.t . . . 4 · = (.r𝑅)
94, 5, 6, 7, 8mdetlap1 29054 . . 3 ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵𝐼 ∈ (1...𝑁)) → (𝐷𝑀) = (𝑅 Σg (𝑗 ∈ (1...𝑁) ↦ ((𝐼𝑀𝑗) · (𝑗(𝐾𝑀)𝐼)))))
101, 2, 3, 9syl3anc 1317 . 2 (𝜑 → (𝐷𝑀) = (𝑅 Σg (𝑗 ∈ (1...𝑁) ↦ ((𝐼𝑀𝑗) · (𝑗(𝐾𝑀)𝐼)))))
11 madjusmdet.z . . . . . . 7 𝑍 = (ℤRHom‘𝑅)
12 madjusmdet.e . . . . . . 7 𝐸 = ((1...(𝑁 − 1)) maDet 𝑅)
13 madjusmdet.n . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
1413adantr 479 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → 𝑁 ∈ ℕ)
151adantr 479 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → 𝑅 ∈ CRing)
163adantr 479 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → 𝐼 ∈ (1...𝑁))
17 simpr 475 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → 𝑗 ∈ (1...𝑁))
182adantr 479 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → 𝑀𝐵)
195, 4, 6, 7, 8, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 18madjusmdet 29059 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → (𝑗(𝐾𝑀)𝐼) = ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗))))
2019oveq2d 6543 . . . . 5 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → ((𝐼𝑀𝑗) · (𝑗(𝐾𝑀)𝐼)) = ((𝐼𝑀𝑗) · ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)))))
21 eqid 2609 . . . . . . . . 9 (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
224, 21, 5, 16, 17, 18matecld 19999 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → (𝐼𝑀𝑗) ∈ (Base‘𝑅))
23 crngring 18330 . . . . . . . . . . . 12 (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
241, 23syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑅 ∈ Ring)
2511zrhrhm 19627 . . . . . . . . . . 11 (𝑅 ∈ Ring → 𝑍 ∈ (ℤring RingHom 𝑅))
26 zringbas 19592 . . . . . . . . . . . 12 ℤ = (Base‘ℤring)
2726, 21rhmf 18498 . . . . . . . . . . 11 (𝑍 ∈ (ℤring RingHom 𝑅) → 𝑍:ℤ⟶(Base‘𝑅))
2824, 25, 273syl 18 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑍:ℤ⟶(Base‘𝑅))
2928adantr 479 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → 𝑍:ℤ⟶(Base‘𝑅))
30 1zzd 11244 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → 1 ∈ ℤ)
3130znegcld 11319 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → -1 ∈ ℤ)
32 fz1ssnn 12201 . . . . . . . . . . . . 13 (1...𝑁) ⊆ ℕ
3332, 16sseldi 3565 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → 𝐼 ∈ ℕ)
3432, 17sseldi 3565 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → 𝑗 ∈ ℕ)
3533, 34nnaddcld 10917 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → (𝐼 + 𝑗) ∈ ℕ)
3635nnnn0d 11201 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → (𝐼 + 𝑗) ∈ ℕ0)
37 zexpcl 12695 . . . . . . . . . 10 ((-1 ∈ ℤ ∧ (𝐼 + 𝑗) ∈ ℕ0) → (-1↑(𝐼 + 𝑗)) ∈ ℤ)
3831, 36, 37syl2anc 690 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → (-1↑(𝐼 + 𝑗)) ∈ ℤ)
3929, 38ffvelrnd 6253 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → (𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) ∈ (Base‘𝑅))
4021, 8crngcom 18334 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ CRing ∧ (𝐼𝑀𝑗) ∈ (Base‘𝑅) ∧ (𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) ∈ (Base‘𝑅)) → ((𝐼𝑀𝑗) · (𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗)))) = ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · (𝐼𝑀𝑗)))
4115, 22, 39, 40syl3anc 1317 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → ((𝐼𝑀𝑗) · (𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗)))) = ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · (𝐼𝑀𝑗)))
4241oveq1d 6542 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → (((𝐼𝑀𝑗) · (𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗)))) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗))) = (((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · (𝐼𝑀𝑗)) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗))))
4315, 23syl 17 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → 𝑅 ∈ Ring)
44 eqid 2609 . . . . . . . . 9 (Base‘((1...(𝑁 − 1)) Mat 𝑅)) = (Base‘((1...(𝑁 − 1)) Mat 𝑅))
45 eqid 2609 . . . . . . . . 9 (𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗) = (𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)
464, 5, 44, 45, 14, 16, 17, 18smatcl 29030 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → (𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗) ∈ (Base‘((1...(𝑁 − 1)) Mat 𝑅)))
47 eqid 2609 . . . . . . . . 9 ((1...(𝑁 − 1)) Mat 𝑅) = ((1...(𝑁 − 1)) Mat 𝑅)
4812, 47, 44, 21mdetcl 20169 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ CRing ∧ (𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗) ∈ (Base‘((1...(𝑁 − 1)) Mat 𝑅))) → (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)) ∈ (Base‘𝑅))
4915, 46, 48syl2anc 690 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)) ∈ (Base‘𝑅))
5021, 8ringass 18336 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ Ring ∧ ((𝐼𝑀𝑗) ∈ (Base‘𝑅) ∧ (𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) ∈ (Base‘𝑅) ∧ (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)) ∈ (Base‘𝑅))) → (((𝐼𝑀𝑗) · (𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗)))) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗))) = ((𝐼𝑀𝑗) · ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)))))
5143, 22, 39, 49, 50syl13anc 1319 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → (((𝐼𝑀𝑗) · (𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗)))) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗))) = ((𝐼𝑀𝑗) · ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)))))
5221, 8ringass 18336 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ Ring ∧ ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) ∈ (Base‘𝑅) ∧ (𝐼𝑀𝑗) ∈ (Base‘𝑅) ∧ (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)) ∈ (Base‘𝑅))) → (((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · (𝐼𝑀𝑗)) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗))) = ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · ((𝐼𝑀𝑗) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)))))
5343, 39, 22, 49, 52syl13anc 1319 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → (((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · (𝐼𝑀𝑗)) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗))) = ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · ((𝐼𝑀𝑗) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)))))
5442, 51, 533eqtr3d 2651 . . . . 5 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → ((𝐼𝑀𝑗) · ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)))) = ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · ((𝐼𝑀𝑗) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)))))
5520, 54eqtrd 2643 . . . 4 ((𝜑𝑗 ∈ (1...𝑁)) → ((𝐼𝑀𝑗) · (𝑗(𝐾𝑀)𝐼)) = ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · ((𝐼𝑀𝑗) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)))))
5655mpteq2dva 4666 . . 3 (𝜑 → (𝑗 ∈ (1...𝑁) ↦ ((𝐼𝑀𝑗) · (𝑗(𝐾𝑀)𝐼))) = (𝑗 ∈ (1...𝑁) ↦ ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · ((𝐼𝑀𝑗) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗))))))
5756oveq2d 6543 . 2 (𝜑 → (𝑅 Σg (𝑗 ∈ (1...𝑁) ↦ ((𝐼𝑀𝑗) · (𝑗(𝐾𝑀)𝐼)))) = (𝑅 Σg (𝑗 ∈ (1...𝑁) ↦ ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · ((𝐼𝑀𝑗) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)))))))
5810, 57eqtrd 2643 1 (𝜑 → (𝐷𝑀) = (𝑅 Σg (𝑗 ∈ (1...𝑁) ↦ ((𝑍‘(-1↑(𝐼 + 𝑗))) · ((𝐼𝑀𝑗) · (𝐸‘(𝐼(subMat1‘𝑀)𝑗)))))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 382   = wceq 1474  wcel 1976  cmpt 4637  wf 5786  cfv 5790  (class class class)co 6527  1c1 9794   + caddc 9796  cmin 10118  -cneg 10119  cn 10870  0cn0 11142  cz 11213  ...cfz 12155  cexp 12680  Basecbs 15644  .rcmulr 15718   Σg cgsu 15873  Ringcrg 18319  CRingccrg 18320   RingHom crh 18484  ringzring 19586  ℤRHomczrh 19615   Mat cmat 19980   maDet cmdat 20157   maAdju cmadu 20205  subMat1csmat 29021
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1712  ax-4 1727  ax-5 1826  ax-6 1874  ax-7 1921  ax-8 1978  ax-9 1985  ax-10 2005  ax-11 2020  ax-12 2033  ax-13 2233  ax-ext 2589  ax-rep 4693  ax-sep 4703  ax-nul 4712  ax-pow 4764  ax-pr 4828  ax-un 6825  ax-inf2 8399  ax-cnex 9849  ax-resscn 9850  ax-1cn 9851  ax-icn 9852  ax-addcl 9853  ax-addrcl 9854  ax-mulcl 9855  ax-mulrcl 9856  ax-mulcom 9857  ax-addass 9858  ax-mulass 9859  ax-distr 9860  ax-i2m1 9861  ax-1ne0 9862  ax-1rid 9863  ax-rnegex 9864  ax-rrecex 9865  ax-cnre 9866  ax-pre-lttri 9867  ax-pre-lttrn 9868  ax-pre-ltadd 9869  ax-pre-mulgt0 9870  ax-addf 9872  ax-mulf 9873
This theorem depends on definitions:  df-bi 195  df-or 383  df-an 384  df-3or 1031  df-3an 1032  df-xor 1456  df-tru 1477  df-fal 1480  df-ex 1695  df-nf 1700  df-sb 1867  df-eu 2461  df-mo 2462  df-clab 2596  df-cleq 2602  df-clel 2605  df-nfc 2739  df-ne 2781  df-nel 2782  df-ral 2900  df-rex 2901  df-reu 2902  df-rmo 2903  df-rab 2904  df-v 3174  df-sbc 3402  df-csb 3499  df-dif 3542  df-un 3544  df-in 3546  df-ss 3553  df-pss 3555  df-nul 3874  df-if 4036  df-pw 4109  df-sn 4125  df-pr 4127  df-tp 4129  df-op 4131  df-ot 4133  df-uni 4367  df-int 4405  df-iun 4451  df-iin 4452  df-br 4578  df-opab 4638  df-mpt 4639  df-tr 4675  df-eprel 4939  df-id 4943  df-po 4949  df-so 4950  df-fr 4987  df-se 4988  df-we 4989  df-xp 5034  df-rel 5035  df-cnv 5036  df-co 5037  df-dm 5038  df-rn 5039  df-res 5040  df-ima 5041  df-pred 5583  df-ord 5629  df-on 5630  df-lim 5631  df-suc 5632  df-iota 5754  df-fun 5792  df-fn 5793  df-f 5794  df-f1 5795  df-fo 5796  df-f1o 5797  df-fv 5798  df-isom 5799  df-riota 6489  df-ov 6530  df-oprab 6531  df-mpt2 6532  df-of 6773  df-om 6936  df-1st 7037  df-2nd 7038  df-supp 7161  df-tpos 7217  df-wrecs 7272  df-recs 7333  df-rdg 7371  df-1o 7425  df-2o 7426  df-oadd 7429  df-er 7607  df-map 7724  df-pm 7725  df-ixp 7773  df-en 7820  df-dom 7821  df-sdom 7822  df-fin 7823  df-fsupp 8137  df-sup 8209  df-oi 8276  df-card 8626  df-pnf 9933  df-mnf 9934  df-xr 9935  df-ltxr 9936  df-le 9937  df-sub 10120  df-neg 10121  df-div 10537  df-nn 10871  df-2 10929  df-3 10930  df-4 10931  df-5 10932  df-6 10933  df-7 10934  df-8 10935  df-9 10936  df-n0 11143  df-z 11214  df-dec 11329  df-uz 11523  df-rp 11668  df-fz 12156  df-fzo 12293  df-seq 12622  df-exp 12681  df-hash 12938  df-word 13103  df-lsw 13104  df-concat 13105  df-s1 13106  df-substr 13107  df-splice 13108  df-reverse 13109  df-s2 13393  df-struct 15646  df-ndx 15647  df-slot 15648  df-base 15649  df-sets 15650  df-ress 15651  df-plusg 15730  df-mulr 15731  df-starv 15732  df-sca 15733  df-vsca 15734  df-ip 15735  df-tset 15736  df-ple 15737  df-ds 15740  df-unif 15741  df-hom 15742  df-cco 15743  df-0g 15874  df-gsum 15875  df-prds 15880  df-pws 15882  df-mre 16018  df-mrc 16019  df-acs 16021  df-mgm 17014  df-sgrp 17056  df-mnd 17067  df-mhm 17107  df-submnd 17108  df-grp 17197  df-minusg 17198  df-mulg 17313  df-subg 17363  df-ghm 17430  df-gim 17473  df-cntz 17522  df-oppg 17548  df-symg 17570  df-pmtr 17634  df-psgn 17683  df-cmn 17967  df-abl 17968  df-mgp 18262  df-ur 18274  df-ring 18321  df-cring 18322  df-oppr 18395  df-dvdsr 18413  df-unit 18414  df-invr 18444  df-dvr 18455  df-rnghom 18487  df-drng 18521  df-subrg 18550  df-sra 18942  df-rgmod 18943  df-cnfld 19517  df-zring 19587  df-zrh 19619  df-dsmm 19843  df-frlm 19858  df-mat 19981  df-marrep 20131  df-subma 20150  df-mdet 20158  df-madu 20207  df-minmar1 20208  df-smat 29022
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator