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

Theorem cramer 22611
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 22606). 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 22598 or slesolinv 22600. 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 𝐡 = (Baseβ€˜π΄)
cramer.v 𝑉 = ((Baseβ€˜π‘…) ↑m 𝑁)
cramer.d 𝐷 = (𝑁 maDet 𝑅)
cramer.x Β· = (𝑅 maVecMul βŸ¨π‘, π‘βŸ©)
cramer.q / = (/rβ€˜π‘…)
Assertion
Ref Expression
cramer (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉) ∧ (π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…)) β†’ (𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((π·β€˜((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)π‘Œ)β€˜π‘–)) / (π·β€˜π‘‹))) ↔ (𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ))
Distinct variable groups:   𝐡,𝑖   𝐷,𝑖   𝑖,𝑁   𝑅,𝑖   𝑖,𝑉   𝑖,𝑋   𝑖,π‘Œ   𝑖,𝑍   Β· ,𝑖   / ,𝑖
Allowed substitution hint:   𝐴(𝑖)

Proof of Theorem cramer
StepHypRef Expression
1 pm3.22 458 . . 3 ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) β†’ (𝑁 β‰  βˆ… ∧ 𝑅 ∈ CRing))
2 cramer.a . . . 4 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
3 cramer.b . . . 4 𝐡 = (Baseβ€˜π΄)
4 cramer.v . . . 4 𝑉 = ((Baseβ€˜π‘…) ↑m 𝑁)
5 cramer.d . . . 4 𝐷 = (𝑁 maDet 𝑅)
6 cramer.x . . . 4 Β· = (𝑅 maVecMul βŸ¨π‘, π‘βŸ©)
7 cramer.q . . . 4 / = (/rβ€˜π‘…)
82, 3, 4, 5, 6, 7cramerlem3 22609 . . 3 (((𝑁 β‰  βˆ… ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉) ∧ (π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…)) β†’ (𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((π·β€˜((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)π‘Œ)β€˜π‘–)) / (π·β€˜π‘‹))) β†’ (𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ))
91, 8syl3an1 1160 . 2 (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉) ∧ (π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…)) β†’ (𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((π·β€˜((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)π‘Œ)β€˜π‘–)) / (π·β€˜π‘‹))) β†’ (𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ))
10 simpl1l 1221 . . . 4 ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉) ∧ (π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…)) ∧ (𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ) β†’ 𝑅 ∈ CRing)
11 simpl2 1189 . . . 4 ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉) ∧ (π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…)) ∧ (𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ) β†’ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉))
12 simpl3 1190 . . . 4 ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉) ∧ (π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…)) ∧ (𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ) β†’ (π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…))
13 crngring 20190 . . . . . . . 8 (𝑅 ∈ CRing β†’ 𝑅 ∈ Ring)
1413anim1ci 614 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) β†’ (𝑁 β‰  βˆ… ∧ 𝑅 ∈ Ring))
1514anim1i 613 . . . . . 6 (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉)) β†’ ((𝑁 β‰  βˆ… ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉)))
16153adant3 1129 . . . . 5 (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉) ∧ (π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…)) β†’ ((𝑁 β‰  βˆ… ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉)))
172, 3, 4, 6slesolvec 22599 . . . . . 6 (((𝑁 β‰  βˆ… ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉)) β†’ ((𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ β†’ 𝑍 ∈ 𝑉))
1817imp 405 . . . . 5 ((((𝑁 β‰  βˆ… ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉)) ∧ (𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ) β†’ 𝑍 ∈ 𝑉)
1916, 18sylan 578 . . . 4 ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉) ∧ (π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…)) ∧ (𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ) β†’ 𝑍 ∈ 𝑉)
20 simpr 483 . . . 4 ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉) ∧ (π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…)) ∧ (𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ) β†’ (𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ)
212, 3, 4, 5, 6, 7cramerlem1 22607 . . . 4 ((𝑅 ∈ CRing ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉) ∧ ((π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…) ∧ 𝑍 ∈ 𝑉 ∧ (𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ)) β†’ 𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((π·β€˜((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)π‘Œ)β€˜π‘–)) / (π·β€˜π‘‹))))
2210, 11, 12, 19, 20, 21syl113anc 1379 . . 3 ((((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉) ∧ (π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…)) ∧ (𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ) β†’ 𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((π·β€˜((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)π‘Œ)β€˜π‘–)) / (π·β€˜π‘‹))))
2322ex 411 . 2 (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉) ∧ (π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…)) β†’ ((𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ β†’ 𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((π·β€˜((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)π‘Œ)β€˜π‘–)) / (π·β€˜π‘‹)))))
249, 23impbid 211 1 (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 β‰  βˆ…) ∧ (𝑋 ∈ 𝐡 ∧ π‘Œ ∈ 𝑉) ∧ (π·β€˜π‘‹) ∈ (Unitβ€˜π‘…)) β†’ (𝑍 = (𝑖 ∈ 𝑁 ↦ ((π·β€˜((𝑋(𝑁 matRepV 𝑅)π‘Œ)β€˜π‘–)) / (π·β€˜π‘‹))) ↔ (𝑋 Β· 𝑍) = π‘Œ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   β†’ wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 394   ∧ w3a 1084   = wceq 1533   ∈ wcel 2098   β‰  wne 2936  βˆ…c0 4324  βŸ¨cop 4636   ↦ cmpt 5233  β€˜cfv 6551  (class class class)co 7424   ↑m cmap 8849  Basecbs 17185  Ringcrg 20178  CRingccrg 20179  Unitcui 20299  /rcdvr 20344   Mat cmat 22325   maVecMul cmvmul 22460   matRepV cmatrepV 22477   maDet cmdat 22504
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 2698  ax-rep 5287  ax-sep 5301  ax-nul 5308  ax-pow 5367  ax-pr 5431  ax-un 7744  ax-cnex 11200  ax-resscn 11201  ax-1cn 11202  ax-icn 11203  ax-addcl 11204  ax-addrcl 11205  ax-mulcl 11206  ax-mulrcl 11207  ax-mulcom 11208  ax-addass 11209  ax-mulass 11210  ax-distr 11211  ax-i2m1 11212  ax-1ne0 11213  ax-1rid 11214  ax-rnegex 11215  ax-rrecex 11216  ax-cnre 11217  ax-pre-lttri 11218  ax-pre-lttrn 11219  ax-pre-ltadd 11220  ax-pre-mulgt0 11221  ax-addf 11223  ax-mulf 11224
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 2705  df-cleq 2719  df-clel 2805  df-nfc 2880  df-ne 2937  df-nel 3043  df-ral 3058  df-rex 3067  df-rmo 3372  df-reu 3373  df-rab 3429  df-v 3473  df-sbc 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-pss 3966  df-nul 4325  df-if 4531  df-pw 4606  df-sn 4631  df-pr 4633  df-tp 4635  df-op 4637  df-ot 4639  df-uni 4911  df-int 4952  df-iun 5000  df-iin 5001  df-br 5151  df-opab 5213  df-mpt 5234  df-tr 5268  df-id 5578  df-eprel 5584  df-po 5592  df-so 5593  df-fr 5635  df-se 5636  df-we 5637  df-xp 5686  df-rel 5687  df-cnv 5688  df-co 5689  df-dm 5690  df-rn 5691  df-res 5692  df-ima 5693  df-pred 6308  df-ord 6375  df-on 6376  df-lim 6377  df-suc 6378  df-iota 6503  df-fun 6553  df-fn 6554  df-f 6555  df-f1 6556  df-fo 6557  df-f1o 6558  df-fv 6559  df-isom 6560  df-riota 7380  df-ov 7427  df-oprab 7428  df-mpo 7429  df-of 7689  df-om 7875  df-1st 7997  df-2nd 7998  df-supp 8170  df-tpos 8236  df-frecs 8291  df-wrecs 8322  df-recs 8396  df-rdg 8435  df-1o 8491  df-2o 8492  df-er 8729  df-map 8851  df-pm 8852  df-ixp 8921  df-en 8969  df-dom 8970  df-sdom 8971  df-fin 8972  df-fsupp 9392  df-sup 9471  df-oi 9539  df-card 9968  df-pnf 11286  df-mnf 11287  df-xr 11288  df-ltxr 11289  df-le 11290  df-sub 11482  df-neg 11483  df-div 11908  df-nn 12249  df-2 12311  df-3 12312  df-4 12313  df-5 12314  df-6 12315  df-7 12316  df-8 12317  df-9 12318  df-n0 12509  df-xnn0 12581  df-z 12595  df-dec 12714  df-uz 12859  df-rp 13013  df-fz 13523  df-fzo 13666  df-seq 14005  df-exp 14065  df-hash 14328  df-word 14503  df-lsw 14551  df-concat 14559  df-s1 14584  df-substr 14629  df-pfx 14659  df-splice 14738  df-reverse 14747  df-s2 14837  df-struct 17121  df-sets 17138  df-slot 17156  df-ndx 17168  df-base 17186  df-ress 17215  df-plusg 17251  df-mulr 17252  df-starv 17253  df-sca 17254  df-vsca 17255  df-ip 17256  df-tset 17257  df-ple 17258  df-ds 17260  df-unif 17261  df-hom 17262  df-cco 17263  df-0g 17428  df-gsum 17429  df-prds 17434  df-pws 17436  df-mre 17571  df-mrc 17572  df-acs 17574  df-mgm 18605  df-sgrp 18684  df-mnd 18700  df-mhm 18745  df-submnd 18746  df-efmnd 18826  df-grp 18898  df-minusg 18899  df-sbg 18900  df-mulg 19029  df-subg 19083  df-ghm 19173  df-gim 19218  df-cntz 19273  df-oppg 19302  df-symg 19327  df-pmtr 19402  df-psgn 19451  df-evpm 19452  df-cmn 19742  df-abl 19743  df-mgp 20080  df-rng 20098  df-ur 20127  df-srg 20132  df-ring 20180  df-cring 20181  df-oppr 20278  df-dvdsr 20301  df-unit 20302  df-invr 20332  df-dvr 20345  df-rhm 20416  df-subrng 20488  df-subrg 20513  df-drng 20631  df-lmod 20750  df-lss 20821  df-sra 21063  df-rgmod 21064  df-cnfld 21285  df-zring 21378  df-zrh 21434  df-dsmm 21671  df-frlm 21686  df-assa 21792  df-mamu 22304  df-mat 22326  df-mvmul 22461  df-marrep 22478  df-marepv 22479  df-subma 22497  df-mdet 22505  df-madu 22554  df-minmar1 22555
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator