Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  scmatmhm Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem scmatmhm 20268
 Description: There is a monoid homomorphism from the multiplicative group of a ring to the multiplicative group of the ring of scalar matrices over this ring. (Contributed by AV, 29-Dec-2019.)
Hypotheses
Ref Expression
scmatrhmval.k 𝐾 = (Base‘𝑅)
scmatrhmval.a 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
scmatrhmval.o 1 = (1r𝐴)
scmatrhmval.t = ( ·𝑠𝐴)
scmatrhmval.f 𝐹 = (𝑥𝐾 ↦ (𝑥 1 ))
scmatrhmval.c 𝐶 = (𝑁 ScMat 𝑅)
scmatghm.s 𝑆 = (𝐴s 𝐶)
scmatmhm.m 𝑀 = (mulGrp‘𝑅)
scmatmhm.t 𝑇 = (mulGrp‘𝑆)
Assertion
Ref Expression
scmatmhm ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐹 ∈ (𝑀 MndHom 𝑇))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐾   𝑥,𝑅   𝑥, 1   𝑥,   𝑥,𝐶   𝑥,𝑁
Allowed substitution hints:   𝐴(𝑥)   𝑆(𝑥)   𝑇(𝑥)   𝐹(𝑥)   𝑀(𝑥)

Proof of Theorem scmatmhm
Dummy variables 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 scmatmhm.m . . . . 5 𝑀 = (mulGrp‘𝑅)
21ringmgp 18481 . . . 4 (𝑅 ∈ Ring → 𝑀 ∈ Mnd)
32adantl 482 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑀 ∈ Mnd)
4 scmatrhmval.a . . . . 5 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
5 eqid 2621 . . . . 5 (Base‘𝐴) = (Base‘𝐴)
6 scmatrhmval.k . . . . 5 𝐾 = (Base‘𝑅)
7 eqid 2621 . . . . 5 (0g𝑅) = (0g𝑅)
8 scmatrhmval.c . . . . 5 𝐶 = (𝑁 ScMat 𝑅)
94, 5, 6, 7, 8scmatsrng 20254 . . . 4 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐶 ∈ (SubRing‘𝐴))
10 scmatghm.s . . . . 5 𝑆 = (𝐴s 𝐶)
1110subrgring 18711 . . . 4 (𝐶 ∈ (SubRing‘𝐴) → 𝑆 ∈ Ring)
12 scmatmhm.t . . . . 5 𝑇 = (mulGrp‘𝑆)
1312ringmgp 18481 . . . 4 (𝑆 ∈ Ring → 𝑇 ∈ Mnd)
149, 11, 133syl 18 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑇 ∈ Mnd)
15 scmatrhmval.o . . . . . 6 1 = (1r𝐴)
16 scmatrhmval.t . . . . . 6 = ( ·𝑠𝐴)
17 scmatrhmval.f . . . . . 6 𝐹 = (𝑥𝐾 ↦ (𝑥 1 ))
186, 4, 15, 16, 17, 8scmatf 20263 . . . . 5 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐹:𝐾𝐶)
194, 8, 10scmatstrbas 20260 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (Base‘𝑆) = 𝐶)
2019feq3d 5994 . . . . 5 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝐹:𝐾⟶(Base‘𝑆) ↔ 𝐹:𝐾𝐶))
2118, 20mpbird 247 . . . 4 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐹:𝐾⟶(Base‘𝑆))
22 eqid 2621 . . . . . . . 8 (.r𝑅) = (.r𝑅)
23 eqid 2621 . . . . . . . 8 (.r𝐴) = (.r𝐴)
244, 6, 7, 15, 16, 22, 23scmatscmiddistr 20242 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)) → ((𝑦 1 )(.r𝐴)(𝑧 1 )) = ((𝑦(.r𝑅)𝑧) 1 ))
2510, 23ressmulr 15934 . . . . . . . . . 10 (𝐶 ∈ (SubRing‘𝐴) → (.r𝐴) = (.r𝑆))
269, 25syl 17 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (.r𝐴) = (.r𝑆))
2726adantr 481 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)) → (.r𝐴) = (.r𝑆))
2827oveqd 6627 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)) → ((𝑦 1 )(.r𝐴)(𝑧 1 )) = ((𝑦 1 )(.r𝑆)(𝑧 1 )))
2924, 28eqtr3d 2657 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)) → ((𝑦(.r𝑅)𝑧) 1 ) = ((𝑦 1 )(.r𝑆)(𝑧 1 )))
30 simpr 477 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑅 ∈ Ring)
3130adantr 481 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)) → 𝑅 ∈ Ring)
3230anim1i 591 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)) → (𝑅 ∈ Ring ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)))
33 3anass 1040 . . . . . . . . 9 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑦𝐾𝑧𝐾) ↔ (𝑅 ∈ Ring ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)))
3432, 33sylibr 224 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)) → (𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑦𝐾𝑧𝐾))
356, 22ringcl 18489 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑦𝐾𝑧𝐾) → (𝑦(.r𝑅)𝑧) ∈ 𝐾)
3634, 35syl 17 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)) → (𝑦(.r𝑅)𝑧) ∈ 𝐾)
376, 4, 15, 16, 17scmatrhmval 20261 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ Ring ∧ (𝑦(.r𝑅)𝑧) ∈ 𝐾) → (𝐹‘(𝑦(.r𝑅)𝑧)) = ((𝑦(.r𝑅)𝑧) 1 ))
3831, 36, 37syl2anc 692 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)) → (𝐹‘(𝑦(.r𝑅)𝑧)) = ((𝑦(.r𝑅)𝑧) 1 ))
396, 4, 15, 16, 17scmatrhmval 20261 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑦𝐾) → (𝐹𝑦) = (𝑦 1 ))
4039ad2ant2lr 783 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)) → (𝐹𝑦) = (𝑦 1 ))
416, 4, 15, 16, 17scmatrhmval 20261 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑧𝐾) → (𝐹𝑧) = (𝑧 1 ))
4241ad2ant2l 781 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)) → (𝐹𝑧) = (𝑧 1 ))
4340, 42oveq12d 6628 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)) → ((𝐹𝑦)(.r𝑆)(𝐹𝑧)) = ((𝑦 1 )(.r𝑆)(𝑧 1 )))
4429, 38, 433eqtr4d 2665 . . . . 5 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑦𝐾𝑧𝐾)) → (𝐹‘(𝑦(.r𝑅)𝑧)) = ((𝐹𝑦)(.r𝑆)(𝐹𝑧)))
4544ralrimivva 2966 . . . 4 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ∀𝑦𝐾𝑧𝐾 (𝐹‘(𝑦(.r𝑅)𝑧)) = ((𝐹𝑦)(.r𝑆)(𝐹𝑧)))
46 eqid 2621 . . . . . . . . 9 (1r𝑅) = (1r𝑅)
476, 46ringidcl 18496 . . . . . . . 8 (𝑅 ∈ Ring → (1r𝑅) ∈ 𝐾)
4847adantl 482 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (1r𝑅) ∈ 𝐾)
496, 4, 15, 16, 17scmatrhmval 20261 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ Ring ∧ (1r𝑅) ∈ 𝐾) → (𝐹‘(1r𝑅)) = ((1r𝑅) 1 ))
5030, 48, 49syl2anc 692 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝐹‘(1r𝑅)) = ((1r𝑅) 1 ))
514matsca2 20154 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑅 = (Scalar‘𝐴))
5251fveq2d 6157 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (1r𝑅) = (1r‘(Scalar‘𝐴)))
5352oveq1d 6625 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ((1r𝑅) 1 ) = ((1r‘(Scalar‘𝐴)) 1 ))
544matlmod 20163 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐴 ∈ LMod)
554matring 20177 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐴 ∈ Ring)
565, 15ringidcl 18496 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ Ring → 1 ∈ (Base‘𝐴))
5755, 56syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 1 ∈ (Base‘𝐴))
58 eqid 2621 . . . . . . . . 9 (Scalar‘𝐴) = (Scalar‘𝐴)
59 eqid 2621 . . . . . . . . 9 (1r‘(Scalar‘𝐴)) = (1r‘(Scalar‘𝐴))
605, 58, 16, 59lmodvs1 18819 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ LMod ∧ 1 ∈ (Base‘𝐴)) → ((1r‘(Scalar‘𝐴)) 1 ) = 1 )
6154, 57, 60syl2anc 692 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ((1r‘(Scalar‘𝐴)) 1 ) = 1 )
6253, 61eqtrd 2655 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ((1r𝑅) 1 ) = 1 )
6350, 62eqtrd 2655 . . . . 5 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝐹‘(1r𝑅)) = 1 )
6410, 15subrg1 18718 . . . . . 6 (𝐶 ∈ (SubRing‘𝐴) → 1 = (1r𝑆))
659, 64syl 17 . . . . 5 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 1 = (1r𝑆))
6663, 65eqtrd 2655 . . . 4 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝐹‘(1r𝑅)) = (1r𝑆))
6721, 45, 663jca 1240 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝐹:𝐾⟶(Base‘𝑆) ∧ ∀𝑦𝐾𝑧𝐾 (𝐹‘(𝑦(.r𝑅)𝑧)) = ((𝐹𝑦)(.r𝑆)(𝐹𝑧)) ∧ (𝐹‘(1r𝑅)) = (1r𝑆)))
683, 14, 67jca31 556 . 2 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ((𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑇 ∈ Mnd) ∧ (𝐹:𝐾⟶(Base‘𝑆) ∧ ∀𝑦𝐾𝑧𝐾 (𝐹‘(𝑦(.r𝑅)𝑧)) = ((𝐹𝑦)(.r𝑆)(𝐹𝑧)) ∧ (𝐹‘(1r𝑅)) = (1r𝑆))))
691, 6mgpbas 18423 . . 3 𝐾 = (Base‘𝑀)
70 eqid 2621 . . . 4 (Base‘𝑆) = (Base‘𝑆)
7112, 70mgpbas 18423 . . 3 (Base‘𝑆) = (Base‘𝑇)
721, 22mgpplusg 18421 . . 3 (.r𝑅) = (+g𝑀)
73 eqid 2621 . . . 4 (.r𝑆) = (.r𝑆)
7412, 73mgpplusg 18421 . . 3 (.r𝑆) = (+g𝑇)
751, 46ringidval 18431 . . 3 (1r𝑅) = (0g𝑀)
76 eqid 2621 . . . 4 (1r𝑆) = (1r𝑆)
7712, 76ringidval 18431 . . 3 (1r𝑆) = (0g𝑇)
7869, 71, 72, 74, 75, 77ismhm 17265 . 2 (𝐹 ∈ (𝑀 MndHom 𝑇) ↔ ((𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑇 ∈ Mnd) ∧ (𝐹:𝐾⟶(Base‘𝑆) ∧ ∀𝑦𝐾𝑧𝐾 (𝐹‘(𝑦(.r𝑅)𝑧)) = ((𝐹𝑦)(.r𝑆)(𝐹𝑧)) ∧ (𝐹‘(1r𝑅)) = (1r𝑆))))
7968, 78sylibr 224 1 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐹 ∈ (𝑀 MndHom 𝑇))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 384   ∧ w3a 1036   = wceq 1480   ∈ wcel 1987  ∀wral 2907   ↦ cmpt 4678  ⟶wf 5848  ‘cfv 5852  (class class class)co 6610  Fincfn 7906  Basecbs 15788   ↾s cress 15789  .rcmulr 15870  Scalarcsca 15872   ·𝑠 cvsca 15873  0gc0g 16028  Mndcmnd 17222   MndHom cmhm 17261  mulGrpcmgp 18417  1rcur 18429  Ringcrg 18475  SubRingcsubrg 18704  LModclmod 18791   Mat cmat 20141   ScMat cscmat 20223 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1719  ax-4 1734  ax-5 1836  ax-6 1885  ax-7 1932  ax-8 1989  ax-9 1996  ax-10 2016  ax-11 2031  ax-12 2044  ax-13 2245  ax-ext 2601  ax-rep 4736  ax-sep 4746  ax-nul 4754  ax-pow 4808  ax-pr 4872  ax-un 6909  ax-inf2 8489  ax-cnex 9943  ax-resscn 9944  ax-1cn 9945  ax-icn 9946  ax-addcl 9947  ax-addrcl 9948  ax-mulcl 9949  ax-mulrcl 9950  ax-mulcom 9951  ax-addass 9952  ax-mulass 9953  ax-distr 9954  ax-i2m1 9955  ax-1ne0 9956  ax-1rid 9957  ax-rnegex 9958  ax-rrecex 9959  ax-cnre 9960  ax-pre-lttri 9961  ax-pre-lttrn 9962  ax-pre-ltadd 9963  ax-pre-mulgt0 9964 This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1037  df-3an 1038  df-tru 1483  df-ex 1702  df-nf 1707  df-sb 1878  df-eu 2473  df-mo 2474  df-clab 2608  df-cleq 2614  df-clel 2617  df-nfc 2750  df-ne 2791  df-nel 2894  df-ral 2912  df-rex 2913  df-reu 2914  df-rmo 2915  df-rab 2916  df-v 3191  df-sbc 3422  df-csb 3519  df-dif 3562  df-un 3564  df-in 3566  df-ss 3573  df-pss 3575  df-nul 3897  df-if 4064  df-pw 4137  df-sn 4154  df-pr 4156  df-tp 4158  df-op 4160  df-ot 4162  df-uni 4408  df-int 4446  df-iun 4492  df-iin 4493  df-br 4619  df-opab 4679  df-mpt 4680  df-tr 4718  df-eprel 4990  df-id 4994  df-po 5000  df-so 5001  df-fr 5038  df-se 5039  df-we 5040  df-xp 5085  df-rel 5086  df-cnv 5087  df-co 5088  df-dm 5089  df-rn 5090  df-res 5091  df-ima 5092  df-pred 5644  df-ord 5690  df-on 5691  df-lim 5692  df-suc 5693  df-iota 5815  df-fun 5854  df-fn 5855  df-f 5856  df-f1 5857  df-fo 5858  df-f1o 5859  df-fv 5860  df-isom 5861  df-riota 6571  df-ov 6613  df-oprab 6614  df-mpt2 6615  df-of 6857  df-om 7020  df-1st 7120  df-2nd 7121  df-supp 7248  df-wrecs 7359  df-recs 7420  df-rdg 7458  df-1o 7512  df-oadd 7516  df-er 7694  df-map 7811  df-ixp 7860  df-en 7907  df-dom 7908  df-sdom 7909  df-fin 7910  df-fsupp 8227  df-sup 8299  df-oi 8366  df-card 8716  df-pnf 10027  df-mnf 10028  df-xr 10029  df-ltxr 10030  df-le 10031  df-sub 10219  df-neg 10220  df-nn 10972  df-2 11030  df-3 11031  df-4 11032  df-5 11033  df-6 11034  df-7 11035  df-8 11036  df-9 11037  df-n0 11244  df-z 11329  df-dec 11445  df-uz 11639  df-fz 12276  df-fzo 12414  df-seq 12749  df-hash 13065  df-struct 15790  df-ndx 15791  df-slot 15792  df-base 15793  df-sets 15794  df-ress 15795  df-plusg 15882  df-mulr 15883  df-sca 15885  df-vsca 15886  df-ip 15887  df-tset 15888  df-ple 15889  df-ds 15892  df-hom 15894  df-cco 15895  df-0g 16030  df-gsum 16031  df-prds 16036  df-pws 16038  df-mre 16174  df-mrc 16175  df-acs 16177  df-mgm 17170  df-sgrp 17212  df-mnd 17223  df-mhm 17263  df-submnd 17264  df-grp 17353  df-minusg 17354  df-sbg 17355  df-mulg 17469  df-subg 17519  df-ghm 17586  df-cntz 17678  df-cmn 18123  df-abl 18124  df-mgp 18418  df-ur 18430  df-ring 18477  df-subrg 18706  df-lmod 18793  df-lss 18861  df-sra 19100  df-rgmod 19101  df-dsmm 20004  df-frlm 20019  df-mamu 20118  df-mat 20142  df-dmat 20224  df-scmat 20225 This theorem is referenced by:  scmatrhm  20269
 Copyright terms: Public domain W3C validator