MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  chp0mat Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem chp0mat 22347
Description: The characteristic polynomial of the zero matrix. (Contributed by AV, 18-Aug-2019.)
Hypotheses
Ref Expression
chp0mat.c 𝐢 = (𝑁 CharPlyMat 𝑅)
chp0mat.p 𝑃 = (Poly1β€˜π‘…)
chp0mat.a 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
chp0mat.x 𝑋 = (var1β€˜π‘…)
chp0mat.g 𝐺 = (mulGrpβ€˜π‘ƒ)
chp0mat.m ↑ = (.gβ€˜πΊ)
chp0mat.0 0 = (0gβ€˜π΄)
Assertion
Ref Expression
chp0mat ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ (πΆβ€˜ 0 ) = ((β™―β€˜π‘) ↑ 𝑋))

Proof of Theorem chp0mat
Dummy variables 𝑖 𝑗 π‘˜ π‘₯ 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpl 483 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ 𝑁 ∈ Fin)
2 simpr 485 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ 𝑅 ∈ CRing)
3 crngring 20067 . . . . 5 (𝑅 ∈ CRing β†’ 𝑅 ∈ Ring)
4 chp0mat.a . . . . . 6 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
54matring 21944 . . . . 5 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) β†’ 𝐴 ∈ Ring)
63, 5sylan2 593 . . . 4 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ 𝐴 ∈ Ring)
7 ringgrp 20060 . . . 4 (𝐴 ∈ Ring β†’ 𝐴 ∈ Grp)
8 eqid 2732 . . . . 5 (Baseβ€˜π΄) = (Baseβ€˜π΄)
9 chp0mat.0 . . . . 5 0 = (0gβ€˜π΄)
108, 9grpidcl 18849 . . . 4 (𝐴 ∈ Grp β†’ 0 ∈ (Baseβ€˜π΄))
116, 7, 103syl 18 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ 0 ∈ (Baseβ€˜π΄))
12 eqid 2732 . . . . . . . . . 10 (0gβ€˜π‘…) = (0gβ€˜π‘…)
134, 12mat0op 21920 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) β†’ (0gβ€˜π΄) = (π‘₯ ∈ 𝑁, 𝑦 ∈ 𝑁 ↦ (0gβ€˜π‘…)))
149, 13eqtrid 2784 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) β†’ 0 = (π‘₯ ∈ 𝑁, 𝑦 ∈ 𝑁 ↦ (0gβ€˜π‘…)))
153, 14sylan2 593 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ 0 = (π‘₯ ∈ 𝑁, 𝑦 ∈ 𝑁 ↦ (0gβ€˜π‘…)))
1615adantr 481 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁)) β†’ 0 = (π‘₯ ∈ 𝑁, 𝑦 ∈ 𝑁 ↦ (0gβ€˜π‘…)))
17 eqidd 2733 . . . . . 6 ((((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁)) ∧ (π‘₯ = 𝑖 ∧ 𝑦 = 𝑗)) β†’ (0gβ€˜π‘…) = (0gβ€˜π‘…))
18 simpl 483 . . . . . . 7 ((𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) β†’ 𝑖 ∈ 𝑁)
1918adantl 482 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁)) β†’ 𝑖 ∈ 𝑁)
20 simpr 485 . . . . . . 7 ((𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) β†’ 𝑗 ∈ 𝑁)
2120adantl 482 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁)) β†’ 𝑗 ∈ 𝑁)
22 fvexd 6906 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁)) β†’ (0gβ€˜π‘…) ∈ V)
2316, 17, 19, 21, 22ovmpod 7559 . . . . 5 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁)) β†’ (𝑖 0 𝑗) = (0gβ€˜π‘…))
2423a1d 25 . . . 4 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁)) β†’ (𝑖 β‰  𝑗 β†’ (𝑖 0 𝑗) = (0gβ€˜π‘…)))
2524ralrimivva 3200 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ βˆ€π‘– ∈ 𝑁 βˆ€π‘— ∈ 𝑁 (𝑖 β‰  𝑗 β†’ (𝑖 0 𝑗) = (0gβ€˜π‘…)))
26 chp0mat.c . . . 4 𝐢 = (𝑁 CharPlyMat 𝑅)
27 chp0mat.p . . . 4 𝑃 = (Poly1β€˜π‘…)
28 eqid 2732 . . . 4 (algScβ€˜π‘ƒ) = (algScβ€˜π‘ƒ)
29 chp0mat.x . . . 4 𝑋 = (var1β€˜π‘…)
30 chp0mat.g . . . 4 𝐺 = (mulGrpβ€˜π‘ƒ)
31 eqid 2732 . . . 4 (-gβ€˜π‘ƒ) = (-gβ€˜π‘ƒ)
3226, 27, 4, 28, 8, 29, 12, 30, 31chpdmat 22342 . . 3 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 0 ∈ (Baseβ€˜π΄)) ∧ βˆ€π‘– ∈ 𝑁 βˆ€π‘— ∈ 𝑁 (𝑖 β‰  𝑗 β†’ (𝑖 0 𝑗) = (0gβ€˜π‘…))) β†’ (πΆβ€˜ 0 ) = (𝐺 Ξ£g (π‘˜ ∈ 𝑁 ↦ (𝑋(-gβ€˜π‘ƒ)((algScβ€˜π‘ƒ)β€˜(π‘˜ 0 π‘˜))))))
331, 2, 11, 25, 32syl31anc 1373 . 2 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ (πΆβ€˜ 0 ) = (𝐺 Ξ£g (π‘˜ ∈ 𝑁 ↦ (𝑋(-gβ€˜π‘ƒ)((algScβ€˜π‘ƒ)β€˜(π‘˜ 0 π‘˜))))))
3415adantr 481 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ π‘˜ ∈ 𝑁) β†’ 0 = (π‘₯ ∈ 𝑁, 𝑦 ∈ 𝑁 ↦ (0gβ€˜π‘…)))
35 eqidd 2733 . . . . . . . . 9 ((((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ π‘˜ ∈ 𝑁) ∧ (π‘₯ = π‘˜ ∧ 𝑦 = π‘˜)) β†’ (0gβ€˜π‘…) = (0gβ€˜π‘…))
36 simpr 485 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ π‘˜ ∈ 𝑁) β†’ π‘˜ ∈ 𝑁)
37 fvexd 6906 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ π‘˜ ∈ 𝑁) β†’ (0gβ€˜π‘…) ∈ V)
3834, 35, 36, 36, 37ovmpod 7559 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ π‘˜ ∈ 𝑁) β†’ (π‘˜ 0 π‘˜) = (0gβ€˜π‘…))
3938fveq2d 6895 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ π‘˜ ∈ 𝑁) β†’ ((algScβ€˜π‘ƒ)β€˜(π‘˜ 0 π‘˜)) = ((algScβ€˜π‘ƒ)β€˜(0gβ€˜π‘…)))
403adantl 482 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ 𝑅 ∈ Ring)
41 eqid 2732 . . . . . . . . . 10 (0gβ€˜π‘ƒ) = (0gβ€˜π‘ƒ)
4227, 28, 12, 41ply1scl0 21811 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ Ring β†’ ((algScβ€˜π‘ƒ)β€˜(0gβ€˜π‘…)) = (0gβ€˜π‘ƒ))
4340, 42syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ ((algScβ€˜π‘ƒ)β€˜(0gβ€˜π‘…)) = (0gβ€˜π‘ƒ))
4443adantr 481 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ π‘˜ ∈ 𝑁) β†’ ((algScβ€˜π‘ƒ)β€˜(0gβ€˜π‘…)) = (0gβ€˜π‘ƒ))
4539, 44eqtrd 2772 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ π‘˜ ∈ 𝑁) β†’ ((algScβ€˜π‘ƒ)β€˜(π‘˜ 0 π‘˜)) = (0gβ€˜π‘ƒ))
4645oveq2d 7424 . . . . 5 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ π‘˜ ∈ 𝑁) β†’ (𝑋(-gβ€˜π‘ƒ)((algScβ€˜π‘ƒ)β€˜(π‘˜ 0 π‘˜))) = (𝑋(-gβ€˜π‘ƒ)(0gβ€˜π‘ƒ)))
4727ply1ring 21769 . . . . . . . . . 10 (𝑅 ∈ Ring β†’ 𝑃 ∈ Ring)
48 ringgrp 20060 . . . . . . . . . 10 (𝑃 ∈ Ring β†’ 𝑃 ∈ Grp)
493, 47, 483syl 18 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ CRing β†’ 𝑃 ∈ Grp)
5049adantl 482 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ 𝑃 ∈ Grp)
51 eqid 2732 . . . . . . . . . 10 (Baseβ€˜π‘ƒ) = (Baseβ€˜π‘ƒ)
5229, 27, 51vr1cl 21740 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ Ring β†’ 𝑋 ∈ (Baseβ€˜π‘ƒ))
5340, 52syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ 𝑋 ∈ (Baseβ€˜π‘ƒ))
5450, 53jca 512 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ (𝑃 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ (Baseβ€˜π‘ƒ)))
5554adantr 481 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ π‘˜ ∈ 𝑁) β†’ (𝑃 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ (Baseβ€˜π‘ƒ)))
5651, 41, 31grpsubid1 18907 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ (Baseβ€˜π‘ƒ)) β†’ (𝑋(-gβ€˜π‘ƒ)(0gβ€˜π‘ƒ)) = 𝑋)
5755, 56syl 17 . . . . 5 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ π‘˜ ∈ 𝑁) β†’ (𝑋(-gβ€˜π‘ƒ)(0gβ€˜π‘ƒ)) = 𝑋)
5846, 57eqtrd 2772 . . . 4 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ π‘˜ ∈ 𝑁) β†’ (𝑋(-gβ€˜π‘ƒ)((algScβ€˜π‘ƒ)β€˜(π‘˜ 0 π‘˜))) = 𝑋)
5958mpteq2dva 5248 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ (π‘˜ ∈ 𝑁 ↦ (𝑋(-gβ€˜π‘ƒ)((algScβ€˜π‘ƒ)β€˜(π‘˜ 0 π‘˜)))) = (π‘˜ ∈ 𝑁 ↦ 𝑋))
6059oveq2d 7424 . 2 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ (𝐺 Ξ£g (π‘˜ ∈ 𝑁 ↦ (𝑋(-gβ€˜π‘ƒ)((algScβ€˜π‘ƒ)β€˜(π‘˜ 0 π‘˜))))) = (𝐺 Ξ£g (π‘˜ ∈ 𝑁 ↦ 𝑋)))
6127ply1crng 21721 . . . . 5 (𝑅 ∈ CRing β†’ 𝑃 ∈ CRing)
6230crngmgp 20063 . . . . 5 (𝑃 ∈ CRing β†’ 𝐺 ∈ CMnd)
63 cmnmnd 19664 . . . . 5 (𝐺 ∈ CMnd β†’ 𝐺 ∈ Mnd)
6461, 62, 633syl 18 . . . 4 (𝑅 ∈ CRing β†’ 𝐺 ∈ Mnd)
6564adantl 482 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ 𝐺 ∈ Mnd)
663, 52syl 17 . . . . 5 (𝑅 ∈ CRing β†’ 𝑋 ∈ (Baseβ€˜π‘ƒ))
6766adantl 482 . . . 4 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ 𝑋 ∈ (Baseβ€˜π‘ƒ))
6830, 51mgpbas 19992 . . . 4 (Baseβ€˜π‘ƒ) = (Baseβ€˜πΊ)
6967, 68eleqtrdi 2843 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ 𝑋 ∈ (Baseβ€˜πΊ))
70 eqid 2732 . . . 4 (Baseβ€˜πΊ) = (Baseβ€˜πΊ)
71 chp0mat.m . . . 4 ↑ = (.gβ€˜πΊ)
7270, 71gsumconst 19801 . . 3 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ (Baseβ€˜πΊ)) β†’ (𝐺 Ξ£g (π‘˜ ∈ 𝑁 ↦ 𝑋)) = ((β™―β€˜π‘) ↑ 𝑋))
7365, 1, 69, 72syl3anc 1371 . 2 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ (𝐺 Ξ£g (π‘˜ ∈ 𝑁 ↦ 𝑋)) = ((β™―β€˜π‘) ↑ 𝑋))
7433, 60, 733eqtrd 2776 1 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) β†’ (πΆβ€˜ 0 ) = ((β™―β€˜π‘) ↑ 𝑋))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   β†’ wi 4   ∧ wa 396   = wceq 1541   ∈ wcel 2106   β‰  wne 2940  βˆ€wral 3061  Vcvv 3474   ↦ cmpt 5231  β€˜cfv 6543  (class class class)co 7408   ∈ cmpo 7410  Fincfn 8938  β™―chash 14289  Basecbs 17143  0gc0g 17384   Ξ£g cgsu 17385  Mndcmnd 18624  Grpcgrp 18818  -gcsg 18820  .gcmg 18949  CMndccmn 19647  mulGrpcmgp 19986  Ringcrg 20055  CRingccrg 20056  algSccascl 21406  var1cv1 21699  Poly1cpl1 21700   Mat cmat 21906   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-mdet 22086  df-mat2pmat 22208  df-chpmat 22328
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator