Theorem cramer 20710

Description: Cramer's rule. According to Wikipedia "Cramer's rule", 21-Feb-2019, https://en.wikipedia.org/wiki/Cramer%27s_rule: "[Cramer's rule] ... expresses the [unique] solution [of a system of linear equations] in terms of the determinants of the (square) coefficient matrix and of matrices obtained from it by replacing one column by the column vector of right-hand sides of the equations." If it is assumed that a (unique) solution exists, it can be obtained by Cramer's rule (see also cramerimp 20705). On the other hand, if a vector can be constructed by Cramer's rule, it is a solution of the system of linear equations, so at least one solution exists. The uniqueness is ensured by considering only systems of linear equations whose matrix has a unit (of the underlying ring) as determinant, see matunit 20696 or slesolinv 20698. For fields as underlying rings, this requirement is equivalent with the determinant not being 0. Theorem 4.4 in [Lang] p. 513. This is Metamath 100 proof #97. (Contributed by Alexander van der Vekens, 21-Feb-2019.) (Revised by Alexander van der Vekens, 1-Mar-2019.)

Hypotheses

Ref	Expression
cramer.a	⊢ 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
cramer.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐴)
cramer.v	⊢ 𝑉 = ((Base‘𝑅) ↑𝑚 𝑁)
cramer.d	⊢ 𝐷 = (𝑁 maDet 𝑅)
cramer.x	⊢ · = (𝑅 maVecMul ⟨𝑁, 𝑁⟩)
cramer.q	⊢ / = (/r‘𝑅)

Assertion

Ref	Expression
cramer	⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) → (𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((𝐷‘((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)𝑌)‘𝑖)) / (𝐷‘𝑋))) ↔ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌))

Distinct variable groups:   𝐵,𝑖   𝐷,𝑖   𝑖,𝑁   𝑅,𝑖   𝑖,𝑉   𝑖,𝑋   𝑖,𝑌   𝑖,𝑍   · ,𝑖   / ,𝑖

Allowed substitution hint:   𝐴(𝑖)

Proof of Theorem cramer

Step	Hyp	Ref	Expression
1		pm3.22 447	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) → (𝑁 ≠ ∅ ∧ 𝑅 ∈ CRing))
2		cramer.a	. . . 4 ⊢ 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
3		cramer.b	. . . 4 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐴)
4		cramer.v	. . . 4 ⊢ 𝑉 = ((Base‘𝑅) ↑𝑚 𝑁)
5		cramer.d	. . . 4 ⊢ 𝐷 = (𝑁 maDet 𝑅)
6		cramer.x	. . . 4 ⊢ · = (𝑅 maVecMul ⟨𝑁, 𝑁⟩)
7		cramer.q	. . . 4 ⊢ / = (/r‘𝑅)
8	2, 3, 4, 5, 6, 7	cramerlem3 20708	. . 3 ⊢ (((𝑁 ≠ ∅ ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) → (𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((𝐷‘((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)𝑌)‘𝑖)) / (𝐷‘𝑋))) → (𝑋 · 𝑍) = 𝑌))
9	1, 8	syl3an1 1166	. 2 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) → (𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((𝐷‘((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)𝑌)‘𝑖)) / (𝐷‘𝑋))) → (𝑋 · 𝑍) = 𝑌))
10		simpl1l 1278	. . . 4 ⊢ ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌) → 𝑅 ∈ CRing)
11		simpl2 1229	. . . 4 ⊢ ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌) → (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉))
12		simpl3 1231	. . . 4 ⊢ ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌) → (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅))
13		crngring 18759	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
14	13	anim1i 602	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) → (𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑁 ≠ ∅))
15	14	ancomd 449	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) → (𝑁 ≠ ∅ ∧ 𝑅 ∈ Ring))
16	15	anim1i 602	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉)) → ((𝑁 ≠ ∅ ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉)))
17	16	3adant3 1126	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) → ((𝑁 ≠ ∅ ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉)))
18	2, 3, 4, 6	slesolvec 20697	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ≠ ∅ ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉)) → ((𝑋 · 𝑍) = 𝑌 → 𝑍 ∈ 𝑉))
19	18	imp 393	. . . . 5 ⊢ ((((𝑁 ≠ ∅ ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉)) ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌) → 𝑍 ∈ 𝑉)
20	17, 19	sylan 569	. . . 4 ⊢ ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌) → 𝑍 ∈ 𝑉)
21		simpr 471	. . . 4 ⊢ ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌) → (𝑋 · 𝑍) = 𝑌)
22	2, 3, 4, 5, 6, 7	cramerlem1 20706	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ ((𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅) ∧ 𝑍 ∈ 𝑉 ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌)) → 𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((𝐷‘((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)𝑌)‘𝑖)) / (𝐷‘𝑋))))
23	10, 11, 12, 20, 21, 22	syl113anc 1488	. . 3 ⊢ ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌) → 𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((𝐷‘((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)𝑌)‘𝑖)) / (𝐷‘𝑋))))
24	23	ex 397	. 2 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) → ((𝑋 · 𝑍) = 𝑌 → 𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((𝐷‘((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)𝑌)‘𝑖)) / (𝐷‘𝑋)))))
25	9, 24	impbid 202	1 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) → (𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((𝐷‘((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)𝑌)‘𝑖)) / (𝐷‘𝑋))) ↔ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 196   ∧ wa 382   ∧ w3a 1071   = wceq 1631   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2943  ∅c0 4063  ⟨cop 4322   ↦ cmpt 4863  ‘cfv 6029  (class class class)co 6791   ↑_𝑚 cmap 8007  Basecbs 16057  Ringcrg 18748  CRingccrg 18749  Unitcui 18840  /_rcdvr 18883   Mat cmat 20423   maVecMul cmvmul 20557   matRepV cmatrepV 20574   maDet cmdat 20601

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1870  ax-4 1885  ax-5 1991  ax-6 2057  ax-7 2093  ax-8 2147  ax-9 2154  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2203  ax-13 2408  ax-ext 2751  ax-rep 4904  ax-sep 4915  ax-nul 4923  ax-pow 4974  ax-pr 5034  ax-un 7094  ax-inf2 8700  ax-cnex 10192  ax-resscn 10193  ax-1cn 10194  ax-icn 10195  ax-addcl 10196  ax-addrcl 10197  ax-mulcl 10198  ax-mulrcl 10199  ax-mulcom 10200  ax-addass 10201  ax-mulass 10202  ax-distr 10203  ax-i2m1 10204  ax-1ne0 10205  ax-1rid 10206  ax-rnegex 10207  ax-rrecex 10208  ax-cnre 10209  ax-pre-lttri 10210  ax-pre-lttrn 10211  ax-pre-ltadd 10212  ax-pre-mulgt0 10213  ax-addf 10215  ax-mulf 10216

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-xor 1613  df-tru 1634  df-fal 1637  df-ex 1853  df-nf 1858  df-sb 2050  df-eu 2622  df-mo 2623  df-clab 2758  df-cleq 2764  df-clel 2767  df-nfc 2902  df-ne 2944  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3353  df-sbc 3588  df-csb 3683  df-dif 3726  df-un 3728  df-in 3730  df-ss 3737  df-pss 3739  df-nul 4064  df-if 4226  df-pw 4299  df-sn 4317  df-pr 4319  df-tp 4321  df-op 4323  df-ot 4325  df-uni 4575  df-int 4612  df-iun 4656  df-iin 4657  df-br 4787  df-opab 4847  df-mpt 4864  df-tr 4887  df-id 5157  df-eprel 5162  df-po 5170  df-so 5171  df-fr 5208  df-se 5209  df-we 5210  df-xp 5255  df-rel 5256  df-cnv 5257  df-co 5258  df-dm 5259  df-rn 5260  df-res 5261  df-ima 5262  df-pred 5821  df-ord 5867  df-on 5868  df-lim 5869  df-suc 5870  df-iota 5992  df-fun 6031  df-fn 6032  df-f 6033  df-f1 6034  df-fo 6035  df-f1o 6036  df-fv 6037  df-isom 6038  df-riota 6752  df-ov 6794  df-oprab 6795  df-mpt2 6796  df-of 7042  df-om 7211  df-1st 7313  df-2nd 7314  df-supp 7445  df-tpos 7502  df-wrecs 7557  df-recs 7619  df-rdg 7657  df-1o 7711  df-2o 7712  df-oadd 7715  df-er 7894  df-map 8009  df-pm 8010  df-ixp 8061  df-en 8108  df-dom 8109  df-sdom 8110  df-fin 8111  df-fsupp 8430  df-sup 8502  df-oi 8569  df-card 8963  df-pnf 10276  df-mnf 10277  df-xr 10278  df-ltxr 10279  df-le 10280  df-sub 10468  df-neg 10469  df-div 10885  df-nn 11221  df-2 11279  df-3 11280  df-4 11281  df-5 11282  df-6 11283  df-7 11284  df-8 11285  df-9 11286  df-n0 11493  df-xnn0 11564  df-z 11578  df-dec 11694  df-uz 11887  df-rp 12029  df-fz 12527  df-fzo 12667  df-seq 13002  df-exp 13061  df-hash 13315  df-word 13488  df-lsw 13489  df-concat 13490  df-s1 13491  df-substr 13492  df-splice 13493  df-reverse 13494  df-s2 13795  df-struct 16059  df-ndx 16060  df-slot 16061  df-base 16063  df-sets 16064  df-ress 16065  df-plusg 16155  df-mulr 16156  df-starv 16157  df-sca 16158  df-vsca 16159  df-ip 16160  df-tset 16161  df-ple 16162  df-ds 16165  df-unif 16166  df-hom 16167  df-cco 16168  df-0g 16303  df-gsum 16304  df-prds 16309  df-pws 16311  df-mre 16447  df-mrc 16448  df-acs 16450  df-mgm 17443  df-sgrp 17485  df-mnd 17496  df-mhm 17536  df-submnd 17537  df-grp 17626  df-minusg 17627  df-sbg 17628  df-mulg 17742  df-subg 17792  df-ghm 17859  df-gim 17902  df-cntz 17950  df-oppg 17976  df-symg 17998  df-pmtr 18062  df-psgn 18111  df-evpm 18112  df-cmn 18395  df-abl 18396  df-mgp 18691  df-ur 18703  df-srg 18707  df-ring 18750  df-cring 18751  df-oppr 18824  df-dvdsr 18842  df-unit 18843  df-invr 18873  df-dvr 18884  df-rnghom 18918  df-drng 18952  df-subrg 18981  df-lmod 19068  df-lss 19136  df-sra 19380  df-rgmod 19381  df-assa 19520  df-cnfld 19955  df-zring 20027  df-zrh 20060  df-dsmm 20286  df-frlm 20301  df-mamu 20400  df-mat 20424  df-mvmul 20558  df-marrep 20575  df-marepv 20576  df-subma 20594  df-mdet 20602  df-madu 20651  df-minmar1 20652

This theorem is referenced by: (None)