Theorem chmaidscmat 22705

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 20150	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
2		chmaidscmat.p	. . . . . . 7 ⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝑅)
3	2	ply1ring 22121	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ Ring)
4	1, 3	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑃 ∈ Ring)
5	4	anim2i 616	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → (𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑃 ∈ Ring))
6	5	3adant3 1129	. . 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 22689	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝐶‘𝑀) ∈ 𝐸)
12		chmaidscmat.y	. . . . . . 7 ⊢ 𝑌 = (𝑁 Mat 𝑃)
13	2, 12	pmatring 22549	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑌 ∈ Ring)
14	1, 13	sylan2 592	. . . . 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 20165	. . . . 5 ⊢ (𝑌 ∈ Ring → 1 ∈ 𝐾)
18	14, 17	syl 17	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 1 ∈ 𝐾)
19	18	3adant3 1129	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → 1 ∈ 𝐾)
20		chmaidscmat.m	. . . 4 ⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑌)
21	10, 12, 15, 20	matvscl 22288	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑃 ∈ Ring) ∧ ((𝐶‘𝑀) ∈ 𝐸 ∧ 1 ∈ 𝐾)) → ((𝐶‘𝑀) · 1 ) ∈ 𝐾)
22	6, 11, 19, 21	syl12anc 834	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → ((𝐶‘𝑀) · 1 ) ∈ 𝐾)
23		risset 3224	. . . 4 ⊢ ((𝐶‘𝑀) ∈ 𝐸 ↔ ∃𝑐 ∈ 𝐸 𝑐 = (𝐶‘𝑀))
24		oveq1 7412	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐶‘𝑀) = 𝑐 → ((𝐶‘𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 ))
25	24	eqcoms 2734	. . . . . . 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 3162	. . . . 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 22362	. . 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 710	1 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → ((𝐶‘𝑀) · 1 ) ∈ 𝑆)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 395   ∧ w3a 1084   = wceq 1533   ∈ wcel 2098  ∃wrex 3064  ‘cfv 6537  (class class class)co 7405  Fincfn 8941  Basecbs 17153   ·_𝑠 cvsca 17210  1_rcur 20086  Ringcrg 20138  CRingccrg 20139  Poly₁cpl1 22051   Mat cmat 22262   ScMat cscmat 22346   CharPlyMat cchpmat 22683

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1905  ax-6 1963  ax-7 2003  ax-8 2100  ax-9 2108  ax-10 2129  ax-11 2146  ax-12 2163  ax-ext 2697  ax-rep 5278  ax-sep 5292  ax-nul 5299  ax-pow 5356  ax-pr 5420  ax-un 7722  ax-cnex 11168  ax-resscn 11169  ax-1cn 11170  ax-icn 11171  ax-addcl 11172  ax-addrcl 11173  ax-mulcl 11174  ax-mulrcl 11175  ax-mulcom 11176  ax-addass 11177  ax-mulass 11178  ax-distr 11179  ax-i2m1 11180  ax-1ne0 11181  ax-1rid 11182  ax-rnegex 11183  ax-rrecex 11184  ax-cnre 11185  ax-pre-lttri 11186  ax-pre-lttrn 11187  ax-pre-ltadd 11188  ax-pre-mulgt0 11189  ax-addf 11191  ax-mulf 11192

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-xor 1505  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2528  df-eu 2557  df-clab 2704  df-cleq 2718  df-clel 2804  df-nfc 2879  df-ne 2935  df-nel 3041  df-ral 3056  df-rex 3065  df-rmo 3370  df-reu 3371  df-rab 3427  df-v 3470  df-sbc 3773  df-csb 3889  df-dif 3946  df-un 3948  df-in 3950  df-ss 3960  df-pss 3962  df-nul 4318  df-if 4524  df-pw 4599  df-sn 4624  df-pr 4626  df-tp 4628  df-op 4630  df-ot 4632  df-uni 4903  df-int 4944  df-iun 4992  df-iin 4993  df-br 5142  df-opab 5204  df-mpt 5225  df-tr 5259  df-id 5567  df-eprel 5573  df-po 5581  df-so 5582  df-fr 5624  df-se 5625  df-we 5626  df-xp 5675  df-rel 5676  df-cnv 5677  df-co 5678  df-dm 5679  df-rn 5680  df-res 5681  df-ima 5682  df-pred 6294  df-ord 6361  df-on 6362  df-lim 6363  df-suc 6364  df-iota 6489  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-isom 6546  df-riota 7361  df-ov 7408  df-oprab 7409  df-mpo 7410  df-of 7667  df-ofr 7668  df-om 7853  df-1st 7974  df-2nd 7975  df-supp 8147  df-tpos 8212  df-frecs 8267  df-wrecs 8298  df-recs 8372  df-rdg 8411  df-1o 8467  df-2o 8468  df-er 8705  df-map 8824  df-pm 8825  df-ixp 8894  df-en 8942  df-dom 8943  df-sdom 8944  df-fin 8945  df-fsupp 9364  df-sup 9439  df-oi 9507  df-card 9936  df-pnf 11254  df-mnf 11255  df-xr 11256  df-ltxr 11257  df-le 11258  df-sub 11450  df-neg 11451  df-div 11876  df-nn 12217  df-2 12279  df-3 12280  df-4 12281  df-5 12282  df-6 12283  df-7 12284  df-8 12285  df-9 12286  df-n0 12477  df-xnn0 12549  df-z 12563  df-dec 12682  df-uz 12827  df-rp 12981  df-fz 13491  df-fzo 13634  df-seq 13973  df-exp 14033  df-hash 14296  df-word 14471  df-lsw 14519  df-concat 14527  df-s1 14552  df-substr 14597  df-pfx 14627  df-splice 14706  df-reverse 14715  df-s2 14805  df-struct 17089  df-sets 17106  df-slot 17124  df-ndx 17136  df-base 17154  df-ress 17183  df-plusg 17219  df-mulr 17220  df-starv 17221  df-sca 17222  df-vsca 17223  df-ip 17224  df-tset 17225  df-ple 17226  df-ds 17228  df-unif 17229  df-hom 17230  df-cco 17231  df-0g 17396  df-gsum 17397  df-prds 17402  df-pws 17404  df-mre 17539  df-mrc 17540  df-acs 17542  df-mgm 18573  df-sgrp 18652  df-mnd 18668  df-mhm 18713  df-submnd 18714  df-efmnd 18794  df-grp 18866  df-minusg 18867  df-sbg 18868  df-mulg 18996  df-subg 19050  df-ghm 19139  df-gim 19184  df-cntz 19233  df-oppg 19262  df-symg 19287  df-pmtr 19362  df-psgn 19411  df-cmn 19702  df-abl 19703  df-mgp 20040  df-rng 20058  df-ur 20087  df-ring 20140  df-cring 20141  df-oppr 20236  df-dvdsr 20259  df-unit 20260  df-invr 20290  df-dvr 20303  df-rhm 20374  df-subrng 20446  df-subrg 20471  df-drng 20589  df-lmod 20708  df-lss 20779  df-sra 21021  df-rgmod 21022  df-cnfld 21241  df-zring 21334  df-zrh 21390  df-dsmm 21627  df-frlm 21642  df-ascl 21750  df-psr 21803  df-mvr 21804  df-mpl 21805  df-opsr 21807  df-psr1 22054  df-vr1 22055  df-ply1 22056  df-mamu 22241  df-mat 22263  df-scmat 22348  df-mdet 22442  df-mat2pmat 22564  df-chpmat 22684

This theorem is referenced by: (None)