Theorem chmaidscmat 22778

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 20199	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
2		chmaidscmat.p	. . . . . . 7 ⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝑅)
3	2	ply1ring 22185	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ Ring)
4	1, 3	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑃 ∈ Ring)
5	4	anim2i 615	. . . 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 22762	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝐶‘𝑀) ∈ 𝐸)
12		chmaidscmat.y	. . . . . . 7 ⊢ 𝑌 = (𝑁 Mat 𝑃)
13	2, 12	pmatring 22622	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑌 ∈ Ring)
14	1, 13	sylan2 591	. . . . 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 20216	. . . . 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 22361	. . 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 3228	. . . 4 ⊢ ((𝐶‘𝑀) ∈ 𝐸 ↔ ∃𝑐 ∈ 𝐸 𝑐 = (𝐶‘𝑀))
24		oveq1 7433	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐶‘𝑀) = 𝑐 → ((𝐶‘𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 ))
25	24	eqcoms 2736	. . . . . . 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 3165	. . . . 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 22435	. . 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 394   ∧ w3a 1084   = wceq 1533   ∈ wcel 2098  ∃wrex 3067  ‘cfv 6553  (class class class)co 7426  Fincfn 8972  Basecbs 17189   ·_𝑠 cvsca 17246  1_rcur 20135  Ringcrg 20187  CRingccrg 20188  Poly₁cpl1 22114   Mat cmat 22335   ScMat cscmat 22419   CharPlyMat cchpmat 22756

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 2166  ax-ext 2699  ax-rep 5289  ax-sep 5303  ax-nul 5310  ax-pow 5369  ax-pr 5433  ax-un 7748  ax-cnex 11204  ax-resscn 11205  ax-1cn 11206  ax-icn 11207  ax-addcl 11208  ax-addrcl 11209  ax-mulcl 11210  ax-mulrcl 11211  ax-mulcom 11212  ax-addass 11213  ax-mulass 11214  ax-distr 11215  ax-i2m1 11216  ax-1ne0 11217  ax-1rid 11218  ax-rnegex 11219  ax-rrecex 11220  ax-cnre 11221  ax-pre-lttri 11222  ax-pre-lttrn 11223  ax-pre-ltadd 11224  ax-pre-mulgt0 11225  ax-addf 11227  ax-mulf 11228

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 846  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 2529  df-eu 2558  df-clab 2706  df-cleq 2720  df-clel 2806  df-nfc 2881  df-ne 2938  df-nel 3044  df-ral 3059  df-rex 3068  df-rmo 3374  df-reu 3375  df-rab 3431  df-v 3475  df-sbc 3779  df-csb 3895  df-dif 3952  df-un 3954  df-in 3956  df-ss 3966  df-pss 3968  df-nul 4327  df-if 4533  df-pw 4608  df-sn 4633  df-pr 4635  df-tp 4637  df-op 4639  df-ot 4641  df-uni 4913  df-int 4954  df-iun 5002  df-iin 5003  df-br 5153  df-opab 5215  df-mpt 5236  df-tr 5270  df-id 5580  df-eprel 5586  df-po 5594  df-so 5595  df-fr 5637  df-se 5638  df-we 5639  df-xp 5688  df-rel 5689  df-cnv 5690  df-co 5691  df-dm 5692  df-rn 5693  df-res 5694  df-ima 5695  df-pred 6310  df-ord 6377  df-on 6378  df-lim 6379  df-suc 6380  df-iota 6505  df-fun 6555  df-fn 6556  df-f 6557  df-f1 6558  df-fo 6559  df-f1o 6560  df-fv 6561  df-isom 6562  df-riota 7382  df-ov 7429  df-oprab 7430  df-mpo 7431  df-of 7692  df-ofr 7693  df-om 7879  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-supp 8174  df-tpos 8240  df-frecs 8295  df-wrecs 8326  df-recs 8400  df-rdg 8439  df-1o 8495  df-2o 8496  df-er 8733  df-map 8855  df-pm 8856  df-ixp 8925  df-en 8973  df-dom 8974  df-sdom 8975  df-fin 8976  df-fsupp 9396  df-sup 9475  df-oi 9543  df-card 9972  df-pnf 11290  df-mnf 11291  df-xr 11292  df-ltxr 11293  df-le 11294  df-sub 11486  df-neg 11487  df-div 11912  df-nn 12253  df-2 12315  df-3 12316  df-4 12317  df-5 12318  df-6 12319  df-7 12320  df-8 12321  df-9 12322  df-n0 12513  df-xnn0 12585  df-z 12599  df-dec 12718  df-uz 12863  df-rp 13017  df-fz 13527  df-fzo 13670  df-seq 14009  df-exp 14069  df-hash 14332  df-word 14507  df-lsw 14555  df-concat 14563  df-s1 14588  df-substr 14633  df-pfx 14663  df-splice 14742  df-reverse 14751  df-s2 14841  df-struct 17125  df-sets 17142  df-slot 17160  df-ndx 17172  df-base 17190  df-ress 17219  df-plusg 17255  df-mulr 17256  df-starv 17257  df-sca 17258  df-vsca 17259  df-ip 17260  df-tset 17261  df-ple 17262  df-ds 17264  df-unif 17265  df-hom 17266  df-cco 17267  df-0g 17432  df-gsum 17433  df-prds 17438  df-pws 17440  df-mre 17575  df-mrc 17576  df-acs 17578  df-mgm 18609  df-sgrp 18688  df-mnd 18704  df-mhm 18749  df-submnd 18750  df-efmnd 18835  df-grp 18907  df-minusg 18908  df-sbg 18909  df-mulg 19038  df-subg 19092  df-ghm 19182  df-gim 19227  df-cntz 19282  df-oppg 19311  df-symg 19336  df-pmtr 19411  df-psgn 19460  df-cmn 19751  df-abl 19752  df-mgp 20089  df-rng 20107  df-ur 20136  df-ring 20189  df-cring 20190  df-oppr 20287  df-dvdsr 20310  df-unit 20311  df-invr 20341  df-dvr 20354  df-rhm 20425  df-subrng 20497  df-subrg 20522  df-drng 20640  df-lmod 20759  df-lss 20830  df-sra 21072  df-rgmod 21073  df-cnfld 21294  df-zring 21387  df-zrh 21443  df-dsmm 21680  df-frlm 21695  df-ascl 21803  df-psr 21856  df-mvr 21857  df-mpl 21858  df-opsr 21860  df-psr1 22117  df-vr1 22118  df-ply1 22119  df-mamu 22319  df-mat 22336  df-scmat 22421  df-mdet 22515  df-mat2pmat 22637  df-chpmat 22757

This theorem is referenced by: (None)