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

Theorem chmaidscmat 22794
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 = (Poly1𝑅)
chmaidscmat.e 𝐸 = (Base‘𝑃)
chmaidscmat.y 𝑌 = (𝑁 Mat 𝑃)
chmaidscmat.k 𝐾 = (Base‘𝑌)
chmaidscmat.m · = ( ·𝑠𝑌)
chmaidscmat.1 1 = (1r𝑌)
chmaidscmat.d 𝑆 = (𝑁 ScMat 𝑃)
Assertion
Ref Expression
chmaidscmat ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → ((𝐶𝑀) · 1 ) ∈ 𝑆)

Proof of Theorem chmaidscmat
Dummy variable 𝑐 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 crngring 20182 . . . . . 6 (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
2 chmaidscmat.p . . . . . . 7 𝑃 = (Poly1𝑅)
32ply1ring 22190 . . . . . 6 (𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ Ring)
41, 3syl 17 . . . . 5 (𝑅 ∈ CRing → 𝑃 ∈ Ring)
54anim2i 617 . . . 4 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → (𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑃 ∈ Ring))
653adant3 1132 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → (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)
117, 8, 9, 2, 10chpmatply1 22778 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → (𝐶𝑀) ∈ 𝐸)
12 chmaidscmat.y . . . . . . 7 𝑌 = (𝑁 Mat 𝑃)
132, 12pmatring 22638 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑌 ∈ Ring)
141, 13sylan2 593 . . . . 5 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 𝑌 ∈ Ring)
15 chmaidscmat.k . . . . . 6 𝐾 = (Base‘𝑌)
16 chmaidscmat.1 . . . . . 6 1 = (1r𝑌)
1715, 16ringidcl 20202 . . . . 5 (𝑌 ∈ Ring → 1𝐾)
1814, 17syl 17 . . . 4 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 1𝐾)
19183adant3 1132 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → 1𝐾)
20 chmaidscmat.m . . . 4 · = ( ·𝑠𝑌)
2110, 12, 15, 20matvscl 22377 . . 3 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑃 ∈ Ring) ∧ ((𝐶𝑀) ∈ 𝐸1𝐾)) → ((𝐶𝑀) · 1 ) ∈ 𝐾)
226, 11, 19, 21syl12anc 836 . 2 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → ((𝐶𝑀) · 1 ) ∈ 𝐾)
23 risset 3211 . . . 4 ((𝐶𝑀) ∈ 𝐸 ↔ ∃𝑐𝐸 𝑐 = (𝐶𝑀))
24 oveq1 7365 . . . . . . . 8 ((𝐶𝑀) = 𝑐 → ((𝐶𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 ))
2524eqcoms 2744 . . . . . . 7 (𝑐 = (𝐶𝑀) → ((𝐶𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 ))
2625a1i 11 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) ∧ 𝑐𝐸) → (𝑐 = (𝐶𝑀) → ((𝐶𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 )))
2726reximdva 3149 . . . . 5 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → (∃𝑐𝐸 𝑐 = (𝐶𝑀) → ∃𝑐𝐸 ((𝐶𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 )))
2827com12 32 . . . 4 (∃𝑐𝐸 𝑐 = (𝐶𝑀) → ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → ∃𝑐𝐸 ((𝐶𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 )))
2923, 28sylbi 217 . . 3 ((𝐶𝑀) ∈ 𝐸 → ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → ∃𝑐𝐸 ((𝐶𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 )))
3011, 29mpcom 38 . 2 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → ∃𝑐𝐸 ((𝐶𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 ))
31 chmaidscmat.d . . . 4 𝑆 = (𝑁 ScMat 𝑃)
3210, 12, 15, 16, 20, 31scmatel 22451 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑃 ∈ Ring) → (((𝐶𝑀) · 1 ) ∈ 𝑆 ↔ (((𝐶𝑀) · 1 ) ∈ 𝐾 ∧ ∃𝑐𝐸 ((𝐶𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 ))))
336, 32syl 17 . 2 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → (((𝐶𝑀) · 1 ) ∈ 𝑆 ↔ (((𝐶𝑀) · 1 ) ∈ 𝐾 ∧ ∃𝑐𝐸 ((𝐶𝑀) · 1 ) = (𝑐 · 1 ))))
3422, 30, 33mpbir2and 713 1 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → ((𝐶𝑀) · 1 ) ∈ 𝑆)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  w3a 1086   = wceq 1541  wcel 2113  wrex 3060  cfv 6492  (class class class)co 7358  Fincfn 8885  Basecbs 17138   ·𝑠 cvsca 17183  1rcur 20118  Ringcrg 20170  CRingccrg 20171  Poly1cpl1 22119   Mat cmat 22353   ScMat cscmat 22435   CharPlyMat cchpmat 22772
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1968  ax-7 2009  ax-8 2115  ax-9 2123  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2184  ax-ext 2708  ax-rep 5224  ax-sep 5241  ax-nul 5251  ax-pow 5310  ax-pr 5377  ax-un 7680  ax-cnex 11084  ax-resscn 11085  ax-1cn 11086  ax-icn 11087  ax-addcl 11088  ax-addrcl 11089  ax-mulcl 11090  ax-mulrcl 11091  ax-mulcom 11092  ax-addass 11093  ax-mulass 11094  ax-distr 11095  ax-i2m1 11096  ax-1ne0 11097  ax-1rid 11098  ax-rnegex 11099  ax-rrecex 11100  ax-cnre 11101  ax-pre-lttri 11102  ax-pre-lttrn 11103  ax-pre-ltadd 11104  ax-pre-mulgt0 11105  ax-addf 11107  ax-mulf 11108
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-xor 1513  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2068  df-mo 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rmo 3350  df-reu 3351  df-rab 3400  df-v 3442  df-sbc 3741  df-csb 3850  df-dif 3904  df-un 3906  df-in 3908  df-ss 3918  df-pss 3921  df-nul 4286  df-if 4480  df-pw 4556  df-sn 4581  df-pr 4583  df-tp 4585  df-op 4587  df-ot 4589  df-uni 4864  df-int 4903  df-iun 4948  df-iin 4949  df-br 5099  df-opab 5161  df-mpt 5180  df-tr 5206  df-id 5519  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5577  df-se 5578  df-we 5579  df-xp 5630  df-rel 5631  df-cnv 5632  df-co 5633  df-dm 5634  df-rn 5635  df-res 5636  df-ima 5637  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-isom 6501  df-riota 7315  df-ov 7361  df-oprab 7362  df-mpo 7363  df-of 7622  df-ofr 7623  df-om 7809  df-1st 7933  df-2nd 7934  df-supp 8103  df-tpos 8168  df-frecs 8223  df-wrecs 8254  df-recs 8303  df-rdg 8341  df-1o 8397  df-2o 8398  df-er 8635  df-map 8767  df-pm 8768  df-ixp 8838  df-en 8886  df-dom 8887  df-sdom 8888  df-fin 8889  df-fsupp 9267  df-sup 9347  df-oi 9417  df-card 9853  df-pnf 11170  df-mnf 11171  df-xr 11172  df-ltxr 11173  df-le 11174  df-sub 11368  df-neg 11369  df-div 11797  df-nn 12148  df-2 12210  df-3 12211  df-4 12212  df-5 12213  df-6 12214  df-7 12215  df-8 12216  df-9 12217  df-n0 12404  df-xnn0 12477  df-z 12491  df-dec 12610  df-uz 12754  df-rp 12908  df-fz 13426  df-fzo 13573  df-seq 13927  df-exp 13987  df-hash 14256  df-word 14439  df-lsw 14488  df-concat 14496  df-s1 14522  df-substr 14567  df-pfx 14597  df-splice 14675  df-reverse 14684  df-s2 14773  df-struct 17076  df-sets 17093  df-slot 17111  df-ndx 17123  df-base 17139  df-ress 17160  df-plusg 17192  df-mulr 17193  df-starv 17194  df-sca 17195  df-vsca 17196  df-ip 17197  df-tset 17198  df-ple 17199  df-ds 17201  df-unif 17202  df-hom 17203  df-cco 17204  df-0g 17363  df-gsum 17364  df-prds 17369  df-pws 17371  df-mre 17507  df-mrc 17508  df-acs 17510  df-mgm 18567  df-sgrp 18646  df-mnd 18662  df-mhm 18710  df-submnd 18711  df-efmnd 18796  df-grp 18868  df-minusg 18869  df-sbg 18870  df-mulg 19000  df-subg 19055  df-ghm 19144  df-gim 19190  df-cntz 19248  df-oppg 19277  df-symg 19301  df-pmtr 19373  df-psgn 19422  df-cmn 19713  df-abl 19714  df-mgp 20078  df-rng 20090  df-ur 20119  df-ring 20172  df-cring 20173  df-oppr 20275  df-dvdsr 20295  df-unit 20296  df-invr 20326  df-dvr 20339  df-rhm 20410  df-subrng 20481  df-subrg 20505  df-drng 20666  df-lmod 20815  df-lss 20885  df-sra 21127  df-rgmod 21128  df-cnfld 21312  df-zring 21404  df-zrh 21460  df-dsmm 21689  df-frlm 21704  df-ascl 21812  df-psr 21867  df-mvr 21868  df-mpl 21869  df-opsr 21871  df-psr1 22122  df-vr1 22123  df-ply1 22124  df-mamu 22337  df-mat 22354  df-scmat 22437  df-mdet 22531  df-mat2pmat 22653  df-chpmat 22773
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator