Theorem chmaidscmat 22349

Description: The characteristic polynomial of a matrix multiplied with the identity matrix is a scalar matrix. (Contributed by AV, 30-Oct-2019.) (Revised by AV, 5-Jul-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
chmaidscmat.a	⊢ 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
chmaidscmat.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐴)
chmaidscmat.c	⊢ 𝐶 = (𝑁 CharPlyMat 𝑅)
chmaidscmat.p	⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝑅)
chmaidscmat.e	⊢ 𝐸 = (Base‘𝑃)
chmaidscmat.y	⊢ 𝑌 = (𝑁 Mat 𝑃)
chmaidscmat.k	⊢ 𝐾 = (Base‘𝑌)
chmaidscmat.m	⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑌)
chmaidscmat.1	⊢ 1 = (1r‘𝑌)
chmaidscmat.d	⊢ 𝑆 = (𝑁 ScMat 𝑃)

Assertion

Ref	Expression
chmaidscmat	⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → ((𝐶‘𝑀) · 1 ) ∈ 𝑆)

Proof of Theorem chmaidscmat

Dummy variable 𝑐 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		crngring 20067	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
2		chmaidscmat.p	. . . . . . 7 ⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝑅)
3	2	ply1ring 21769	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ Ring)
4	1, 3	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑃 ∈ Ring)
5	4	anim2i 617	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → (𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑃 ∈ Ring))
6	5	3adant3 1132	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑃 ∈ Ring))
7		chmaidscmat.c	. . . 4 ⊢ 𝐶 = (𝑁 CharPlyMat 𝑅)
8		chmaidscmat.a	. . . 4 ⊢ 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
9		chmaidscmat.b	. . . 4 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐴)
10		chmaidscmat.e	. . . 4 ⊢ 𝐸 = (Base‘𝑃)
11	7, 8, 9, 2, 10	chpmatply1 22333	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝐶‘𝑀) ∈ 𝐸)
12		chmaidscmat.y	. . . . . . 7 ⊢ 𝑌 = (𝑁 Mat 𝑃)
13	2, 12	pmatring 22193	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑌 ∈ Ring)
14	1, 13	sylan2 593	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 𝑌 ∈ Ring)
15		chmaidscmat.k	. . . . . 6 ⊢ 𝐾 = (Base‘𝑌)
16		chmaidscmat.1	. . . . . 6 ⊢ 1 = (1r‘𝑌)
17	15, 16	ringidcl 20082	. . . . 5 ⊢ (𝑌 ∈ Ring → 1 ∈ 𝐾)
18	14, 17	syl 17	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 1 ∈ 𝐾)
19	18	3adant3 1132	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → 1 ∈ 𝐾)
20		chmaidscmat.m	. . . 4 ⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑌)
21	10, 12, 15, 20	matvscl 21932	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑃 ∈ Ring) ∧ ((𝐶‘𝑀) ∈ 𝐸 ∧ 1 ∈ 𝐾)) → ((𝐶‘𝑀) · 1 ) ∈ 𝐾)
22	6, 11, 19, 21	syl12anc 835	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → ((𝐶‘𝑀) · 1 ) ∈ 𝐾)
23		risset 3230	. . . 4 ⊢ ((𝐶‘𝑀) ∈ 𝐸 ↔ ∃𝑐 ∈ 𝐸 𝑐 = (𝐶‘𝑀))
24		oveq1 7415	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐶‘𝑀) = 𝑐 → ((𝐶‘𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 ))
25	24	eqcoms 2740	. . . . . . 7 ⊢ (𝑐 = (𝐶‘𝑀) → ((𝐶‘𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 ))
26	25	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑐 ∈ 𝐸) → (𝑐 = (𝐶‘𝑀) → ((𝐶‘𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 )))
27	26	reximdva 3168	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (∃𝑐 ∈ 𝐸 𝑐 = (𝐶‘𝑀) → ∃𝑐 ∈ 𝐸 ((𝐶‘𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 )))
28	27	com12 32	. . . 4 ⊢ (∃𝑐 ∈ 𝐸 𝑐 = (𝐶‘𝑀) → ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → ∃𝑐 ∈ 𝐸 ((𝐶‘𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 )))
29	23, 28	sylbi 216	. . 3 ⊢ ((𝐶‘𝑀) ∈ 𝐸 → ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → ∃𝑐 ∈ 𝐸 ((𝐶‘𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 )))
30	11, 29	mpcom 38	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → ∃𝑐 ∈ 𝐸 ((𝐶‘𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 ))
31		chmaidscmat.d	. . . 4 ⊢ 𝑆 = (𝑁 ScMat 𝑃)
32	10, 12, 15, 16, 20, 31	scmatel 22006	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑃 ∈ Ring) → (((𝐶‘𝑀) · 1 ) ∈ 𝑆 ↔ (((𝐶‘𝑀) · 1 ) ∈ 𝐾 ∧ ∃𝑐 ∈ 𝐸 ((𝐶‘𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 ))))
33	6, 32	syl 17	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (((𝐶‘𝑀) · 1 ) ∈ 𝑆 ↔ (((𝐶‘𝑀) · 1 ) ∈ 𝐾 ∧ ∃𝑐 ∈ 𝐸 ((𝐶‘𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 ))))
34	22, 30, 33	mpbir2and 711	1 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → ((𝐶‘𝑀) · 1 ) ∈ 𝑆)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 396   ∧ w3a 1087   = wceq 1541   ∈ wcel 2106  ∃wrex 3070  ‘cfv 6543  (class class class)co 7408  Fincfn 8938  Basecbs 17143   ·_𝑠 cvsca 17200  1_rcur 20003  Ringcrg 20055  CRingccrg 20056  Poly₁cpl1 21700   Mat cmat 21906   ScMat cscmat 21990   CharPlyMat cchpmat 22327

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2703  ax-rep 5285  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5363  ax-pr 5427  ax-un 7724  ax-cnex 11165  ax-resscn 11166  ax-1cn 11167  ax-icn 11168  ax-addcl 11169  ax-addrcl 11170  ax-mulcl 11171  ax-mulrcl 11172  ax-mulcom 11173  ax-addass 11174  ax-mulass 11175  ax-distr 11176  ax-i2m1 11177  ax-1ne0 11178  ax-1rid 11179  ax-rnegex 11180  ax-rrecex 11181  ax-cnre 11182  ax-pre-lttri 11183  ax-pre-lttrn 11184  ax-pre-ltadd 11185  ax-pre-mulgt0 11186  ax-addf 11188  ax-mulf 11189

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-xor 1510  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2534  df-eu 2563  df-clab 2710  df-cleq 2724  df-clel 2810  df-nfc 2885  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3433  df-v 3476  df-sbc 3778  df-csb 3894  df-dif 3951  df-un 3953  df-in 3955  df-ss 3965  df-pss 3967  df-nul 4323  df-if 4529  df-pw 4604  df-sn 4629  df-pr 4631  df-tp 4633  df-op 4635  df-ot 4637  df-uni 4909  df-int 4951  df-iun 4999  df-iin 5000  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5574  df-eprel 5580  df-po 5588  df-so 5589  df-fr 5631  df-se 5632  df-we 5633  df-xp 5682  df-rel 5683  df-cnv 5684  df-co 5685  df-dm 5686  df-rn 5687  df-res 5688  df-ima 5689  df-pred 6300  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6495  df-fun 6545  df-fn 6546  df-f 6547  df-f1 6548  df-fo 6549  df-f1o 6550  df-fv 6551  df-isom 6552  df-riota 7364  df-ov 7411  df-oprab 7412  df-mpo 7413  df-of 7669  df-ofr 7670  df-om 7855  df-1st 7974  df-2nd 7975  df-supp 8146  df-tpos 8210  df-frecs 8265  df-wrecs 8296  df-recs 8370  df-rdg 8409  df-1o 8465  df-2o 8466  df-er 8702  df-map 8821  df-pm 8822  df-ixp 8891  df-en 8939  df-dom 8940  df-sdom 8941  df-fin 8942  df-fsupp 9361  df-sup 9436  df-oi 9504  df-card 9933  df-pnf 11249  df-mnf 11250  df-xr 11251  df-ltxr 11252  df-le 11253  df-sub 11445  df-neg 11446  df-div 11871  df-nn 12212  df-2 12274  df-3 12275  df-4 12276  df-5 12277  df-6 12278  df-7 12279  df-8 12280  df-9 12281  df-n0 12472  df-xnn0 12544  df-z 12558  df-dec 12677  df-uz 12822  df-rp 12974  df-fz 13484  df-fzo 13627  df-seq 13966  df-exp 14027  df-hash 14290  df-word 14464  df-lsw 14512  df-concat 14520  df-s1 14545  df-substr 14590  df-pfx 14620  df-splice 14699  df-reverse 14708  df-s2 14798  df-struct 17079  df-sets 17096  df-slot 17114  df-ndx 17126  df-base 17144  df-ress 17173  df-plusg 17209  df-mulr 17210  df-starv 17211  df-sca 17212  df-vsca 17213  df-ip 17214  df-tset 17215  df-ple 17216  df-ds 17218  df-unif 17219  df-hom 17220  df-cco 17221  df-0g 17386  df-gsum 17387  df-prds 17392  df-pws 17394  df-mre 17529  df-mrc 17530  df-acs 17532  df-mgm 18560  df-sgrp 18609  df-mnd 18625  df-mhm 18670  df-submnd 18671  df-efmnd 18749  df-grp 18821  df-minusg 18822  df-sbg 18823  df-mulg 18950  df-subg 19002  df-ghm 19089  df-gim 19132  df-cntz 19180  df-oppg 19209  df-symg 19234  df-pmtr 19309  df-psgn 19358  df-cmn 19649  df-abl 19650  df-mgp 19987  df-ur 20004  df-ring 20057  df-cring 20058  df-oppr 20149  df-dvdsr 20170  df-unit 20171  df-invr 20201  df-dvr 20214  df-rnghom 20250  df-subrg 20316  df-drng 20358  df-lmod 20472  df-lss 20542  df-sra 20784  df-rgmod 20785  df-cnfld 20944  df-zring 21017  df-zrh 21052  df-dsmm 21286  df-frlm 21301  df-ascl 21409  df-psr 21461  df-mvr 21462  df-mpl 21463  df-opsr 21465  df-psr1 21703  df-vr1 21704  df-ply1 21705  df-mamu 21885  df-mat 21907  df-scmat 21992  df-mdet 22086  df-mat2pmat 22208  df-chpmat 22328

This theorem is referenced by: (None)