Theorem cramer 22739

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 22734). 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 22726 or slesolinv 22728. For fields as underlying rings, this requirement is equivalent to 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		pm3.22 459	. . 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 22737	. . 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 1163	. 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 1224	. . . 4 ⊢ ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌) → 𝑅 ∈ CRing)
11		simpl2 1192	. . . 4 ⊢ ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌) → (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉))
12		simpl3 1193	. . . 4 ⊢ ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌) → (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅))
13		crngring 20293	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
14	13	anim1ci 615	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) → (𝑁 ≠ ∅ ∧ 𝑅 ∈ Ring))
15	14	anim1i 614	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉)) → ((𝑁 ≠ ∅ ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉)))
16	15	3adant3 1132	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) → ((𝑁 ≠ ∅ ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉)))
17	2, 3, 4, 6	slesolvec 22727	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ≠ ∅ ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉)) → ((𝑋 · 𝑍) = 𝑌 → 𝑍 ∈ 𝑉))
18	17	imp 406	. . . . 5 ⊢ ((((𝑁 ≠ ∅ ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉)) ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌) → 𝑍 ∈ 𝑉)
19	16, 18	sylan 579	. . . 4 ⊢ ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌) → 𝑍 ∈ 𝑉)
20		simpr 484	. . . 4 ⊢ ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ≠ ∅) ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝐷‘𝑋) ∈ (Unit‘𝑅)) ∧ (𝑋 · 𝑍) = 𝑌) → (𝑋 · 𝑍) = 𝑌)
21	2, 3, 4, 5, 6, 7	cramerlem1 22735	. . . 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))))
22	10, 11, 12, 19, 20, 21	syl113anc 1382	. . 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))))
23	22	ex 412	. 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)))))
24	9, 23	impbid 212	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 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   = wceq 1537   ∈ wcel 2108   ≠ wne 2946  ∅c0 4353  ⟨cop 4655   ↦ cmpt 5251  ‘cfv 6577  (class class class)co 7452   ↑_m cmap 8888  Basecbs 17279  Ringcrg 20281  CRingccrg 20282  Unitcui 20402  /_rcdvr 20447   Mat cmat 22453   maVecMul cmvmul 22588   matRepV cmatrepV 22605   maDet cmdat 22632

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2711  ax-rep 5305  ax-sep 5319  ax-nul 5326  ax-pow 5385  ax-pr 5449  ax-un 7774  ax-cnex 11244  ax-resscn 11245  ax-1cn 11246  ax-icn 11247  ax-addcl 11248  ax-addrcl 11249  ax-mulcl 11250  ax-mulrcl 11251  ax-mulcom 11252  ax-addass 11253  ax-mulass 11254  ax-distr 11255  ax-i2m1 11256  ax-1ne0 11257  ax-1rid 11258  ax-rnegex 11259  ax-rrecex 11260  ax-cnre 11261  ax-pre-lttri 11262  ax-pre-lttrn 11263  ax-pre-ltadd 11264  ax-pre-mulgt0 11265  ax-addf 11267  ax-mulf 11268

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-xor 1509  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2543  df-eu 2572  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2819  df-nfc 2895  df-ne 2947  df-nel 3053  df-ral 3068  df-rex 3077  df-rmo 3388  df-reu 3389  df-rab 3445  df-v 3491  df-sbc 3806  df-csb 3923  df-dif 3980  df-un 3982  df-in 3984  df-ss 3994  df-pss 3997  df-nul 4354  df-if 4550  df-pw 4625  df-sn 4650  df-pr 4652  df-tp 4654  df-op 4656  df-ot 4658  df-uni 4934  df-int 4973  df-iun 5019  df-iin 5020  df-br 5169  df-opab 5231  df-mpt 5252  df-tr 5286  df-id 5595  df-eprel 5601  df-po 5609  df-so 5610  df-fr 5654  df-se 5655  df-we 5656  df-xp 5708  df-rel 5709  df-cnv 5710  df-co 5711  df-dm 5712  df-rn 5713  df-res 5714  df-ima 5715  df-pred 6336  df-ord 6402  df-on 6403  df-lim 6404  df-suc 6405  df-iota 6529  df-fun 6579  df-fn 6580  df-f 6581  df-f1 6582  df-fo 6583  df-f1o 6584  df-fv 6585  df-isom 6586  df-riota 7408  df-ov 7455  df-oprab 7456  df-mpo 7457  df-of 7718  df-om 7908  df-1st 8034  df-2nd 8035  df-supp 8206  df-tpos 8271  df-frecs 8326  df-wrecs 8357  df-recs 8431  df-rdg 8470  df-1o 8526  df-2o 8527  df-er 8767  df-map 8890  df-pm 8891  df-ixp 8960  df-en 9008  df-dom 9009  df-sdom 9010  df-fin 9011  df-fsupp 9436  df-sup 9515  df-oi 9583  df-card 10012  df-pnf 11330  df-mnf 11331  df-xr 11332  df-ltxr 11333  df-le 11334  df-sub 11527  df-neg 11528  df-div 11954  df-nn 12300  df-2 12362  df-3 12363  df-4 12364  df-5 12365  df-6 12366  df-7 12367  df-8 12368  df-9 12369  df-n0 12560  df-xnn0 12633  df-z 12647  df-dec 12767  df-uz 12912  df-rp 13068  df-fz 13580  df-fzo 13724  df-seq 14071  df-exp 14131  df-hash 14398  df-word 14581  df-lsw 14629  df-concat 14637  df-s1 14662  df-substr 14707  df-pfx 14737  df-splice 14816  df-reverse 14825  df-s2 14915  df-struct 17215  df-sets 17232  df-slot 17250  df-ndx 17262  df-base 17280  df-ress 17309  df-plusg 17345  df-mulr 17346  df-starv 17347  df-sca 17348  df-vsca 17349  df-ip 17350  df-tset 17351  df-ple 17352  df-ds 17354  df-unif 17355  df-hom 17356  df-cco 17357  df-0g 17522  df-gsum 17523  df-prds 17528  df-pws 17530  df-mre 17665  df-mrc 17666  df-acs 17668  df-mgm 18699  df-sgrp 18778  df-mnd 18794  df-mhm 18839  df-submnd 18840  df-efmnd 18925  df-grp 18997  df-minusg 18998  df-sbg 18999  df-mulg 19129  df-subg 19184  df-ghm 19274  df-gim 19320  df-cntz 19378  df-oppg 19407  df-symg 19432  df-pmtr 19505  df-psgn 19554  df-evpm 19555  df-cmn 19845  df-abl 19846  df-mgp 20183  df-rng 20201  df-ur 20230  df-srg 20235  df-ring 20283  df-cring 20284  df-oppr 20381  df-dvdsr 20404  df-unit 20405  df-invr 20435  df-dvr 20448  df-rhm 20519  df-subrng 20593  df-subrg 20618  df-drng 20774  df-lmod 20903  df-lss 20974  df-sra 21216  df-rgmod 21217  df-cnfld 21409  df-zring 21502  df-zrh 21558  df-dsmm 21796  df-frlm 21811  df-assa 21917  df-mamu 22437  df-mat 22454  df-mvmul 22589  df-marrep 22606  df-marepv 22607  df-subma 22625  df-mdet 22633  df-madu 22682  df-minmar1 22683

This theorem is referenced by: (None)