Theorem idpm2idmp 22776

Description: The transformation of the identity polynomial matrix into polynomials over matrices results in the identity of the polynomials over matrices. (Contributed by AV, 18-Oct-2019.) (Revised by AV, 5-Dec-2019.)

Hypotheses

Ref	Expression
pm2mpval.p	⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝑅)
pm2mpval.c	⊢ 𝐶 = (𝑁 Mat 𝑃)
pm2mpval.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐶)
pm2mpval.m	⊢ ∗ = ( ·𝑠 ‘𝑄)
pm2mpval.e	⊢ ↑ = (.g‘(mulGrp‘𝑄))
pm2mpval.x	⊢ 𝑋 = (var1‘𝐴)
pm2mpval.a	⊢ 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
pm2mpval.q	⊢ 𝑄 = (Poly1‘𝐴)
pm2mpval.t	⊢ 𝑇 = (𝑁 pMatToMatPoly 𝑅)

Assertion

Ref	Expression
idpm2idmp	⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑇‘(1r‘𝐶)) = (1r‘𝑄))

Proof of Theorem idpm2idmp

Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		pm2mpval.p	. . . . 5 ⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝑅)
2		pm2mpval.c	. . . . 5 ⊢ 𝐶 = (𝑁 Mat 𝑃)
3	1, 2	pmatring 22667	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐶 ∈ Ring)
4		pm2mpval.b	. . . . 5 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐶)
5		eqid 2737	. . . . 5 ⊢ (1r‘𝐶) = (1r‘𝐶)
6	4, 5	ringidcl 20237	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ Ring → (1r‘𝐶) ∈ 𝐵)
7	3, 6	syl 17	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (1r‘𝐶) ∈ 𝐵)
8		pm2mpval.m	. . . 4 ⊢ ∗ = ( ·𝑠 ‘𝑄)
9		pm2mpval.e	. . . 4 ⊢ ↑ = (.g‘(mulGrp‘𝑄))
10		pm2mpval.x	. . . 4 ⊢ 𝑋 = (var1‘𝐴)
11		pm2mpval.a	. . . 4 ⊢ 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
12		pm2mpval.q	. . . 4 ⊢ 𝑄 = (Poly1‘𝐴)
13		pm2mpval.t	. . . 4 ⊢ 𝑇 = (𝑁 pMatToMatPoly 𝑅)
14	1, 2, 4, 8, 9, 10, 11, 12, 13	pm2mpfval 22771	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ (1r‘𝐶) ∈ 𝐵) → (𝑇‘(1r‘𝐶)) = (𝑄 Σg (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (((1r‘𝐶) decompPMat 𝑘) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))))
15	7, 14	mpd3an3 1465	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑇‘(1r‘𝐶)) = (𝑄 Σg (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (((1r‘𝐶) decompPMat 𝑘) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))))
16		eqid 2737	. . . . . . 7 ⊢ (0g‘𝐴) = (0g‘𝐴)
17		eqid 2737	. . . . . . 7 ⊢ (1r‘𝐴) = (1r‘𝐴)
18	1, 2, 5, 11, 16, 17	decpmatid 22745	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((1r‘𝐶) decompPMat 𝑘) = if(𝑘 = 0, (1r‘𝐴), (0g‘𝐴)))
19	18	3expa 1119	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((1r‘𝐶) decompPMat 𝑘) = if(𝑘 = 0, (1r‘𝐴), (0g‘𝐴)))
20	19	oveq1d 7375	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (((1r‘𝐶) decompPMat 𝑘) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = (if(𝑘 = 0, (1r‘𝐴), (0g‘𝐴)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))
21	20	mpteq2dva 5179	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (((1r‘𝐶) decompPMat 𝑘) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋))) = (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (if(𝑘 = 0, (1r‘𝐴), (0g‘𝐴)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋))))
22	21	oveq2d 7376	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑄 Σg (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (((1r‘𝐶) decompPMat 𝑘) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))) = (𝑄 Σg (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (if(𝑘 = 0, (1r‘𝐴), (0g‘𝐴)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))))
23		ovif 7458	. . . . . 6 ⊢ (if(𝑘 = 0, (1r‘𝐴), (0g‘𝐴)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = if(𝑘 = 0, ((1r‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)), ((0g‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))
24	11	matring 22418	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐴 ∈ Ring)
25	12	ply1sca 22226	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐴 ∈ Ring → 𝐴 = (Scalar‘𝑄))
26	24, 25	syl 17	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐴 = (Scalar‘𝑄))
27	26	adantr 480	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝐴 = (Scalar‘𝑄))
28	27	fveq2d 6838	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (1r‘𝐴) = (1r‘(Scalar‘𝑄)))
29	28	oveq1d 7375	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((1r‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = ((1r‘(Scalar‘𝑄)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))
30	12	ply1lmod 22225	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ Ring → 𝑄 ∈ LMod)
31	24, 30	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑄 ∈ LMod)
32		eqid 2737	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (mulGrp‘𝑄) = (mulGrp‘𝑄)
33		eqid 2737	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (Base‘𝑄) = (Base‘𝑄)
34	12, 10, 32, 9, 33	ply1moncl 22246	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ Ring ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 ↑ 𝑋) ∈ (Base‘𝑄))
35	24, 34	sylan 581	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 ↑ 𝑋) ∈ (Base‘𝑄))
36		eqid 2737	. . . . . . . . . 10 ⊢ (Scalar‘𝑄) = (Scalar‘𝑄)
37		eqid 2737	. . . . . . . . . 10 ⊢ (1r‘(Scalar‘𝑄)) = (1r‘(Scalar‘𝑄))
38	33, 36, 8, 37	lmodvs1 20876	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑄 ∈ LMod ∧ (𝑘 ↑ 𝑋) ∈ (Base‘𝑄)) → ((1r‘(Scalar‘𝑄)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = (𝑘 ↑ 𝑋))
39	31, 35, 38	syl2an2r 686	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((1r‘(Scalar‘𝑄)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = (𝑘 ↑ 𝑋))
40	29, 39	eqtrd 2772	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((1r‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = (𝑘 ↑ 𝑋))
41	27	fveq2d 6838	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (0g‘𝐴) = (0g‘(Scalar‘𝑄)))
42	41	oveq1d 7375	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((0g‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = ((0g‘(Scalar‘𝑄)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))
43		eqid 2737	. . . . . . . . . 10 ⊢ (0g‘(Scalar‘𝑄)) = (0g‘(Scalar‘𝑄))
44		eqid 2737	. . . . . . . . . 10 ⊢ (0g‘𝑄) = (0g‘𝑄)
45	33, 36, 8, 43, 44	lmod0vs 20881	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑄 ∈ LMod ∧ (𝑘 ↑ 𝑋) ∈ (Base‘𝑄)) → ((0g‘(Scalar‘𝑄)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = (0g‘𝑄))
46	31, 35, 45	syl2an2r 686	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((0g‘(Scalar‘𝑄)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = (0g‘𝑄))
47	42, 46	eqtrd 2772	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((0g‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = (0g‘𝑄))
48	40, 47	ifeq12d 4489	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → if(𝑘 = 0, ((1r‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)), ((0g‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋))) = if(𝑘 = 0, (𝑘 ↑ 𝑋), (0g‘𝑄)))
49	23, 48	eqtrid 2784	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (if(𝑘 = 0, (1r‘𝐴), (0g‘𝐴)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = if(𝑘 = 0, (𝑘 ↑ 𝑋), (0g‘𝑄)))
50	49	mpteq2dva 5179	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (if(𝑘 = 0, (1r‘𝐴), (0g‘𝐴)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋))) = (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑘 = 0, (𝑘 ↑ 𝑋), (0g‘𝑄))))
51	50	oveq2d 7376	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑄 Σg (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (if(𝑘 = 0, (1r‘𝐴), (0g‘𝐴)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))) = (𝑄 Σg (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑘 = 0, (𝑘 ↑ 𝑋), (0g‘𝑄)))))
52	12	ply1ring 22221	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ Ring → 𝑄 ∈ Ring)
53		ringmnd 20215	. . . . 5 ⊢ (𝑄 ∈ Ring → 𝑄 ∈ Mnd)
54	24, 52, 53	3syl 18	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑄 ∈ Mnd)
55		nn0ex 12434	. . . . 5 ⊢ ℕ0 ∈ V
56	55	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ℕ0 ∈ V)
57		0nn0 12443	. . . . 5 ⊢ 0 ∈ ℕ0
58	57	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 0 ∈ ℕ0)
59		eqid 2737	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑘 = 0, (𝑘 ↑ 𝑋), (0g‘𝑄))) = (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑘 = 0, (𝑘 ↑ 𝑋), (0g‘𝑄)))
60	35	ralrimiva 3130	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ∀𝑘 ∈ ℕ0 (𝑘 ↑ 𝑋) ∈ (Base‘𝑄))
61	44, 54, 56, 58, 59, 60	gsummpt1n0 19931	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑄 Σg (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑘 = 0, (𝑘 ↑ 𝑋), (0g‘𝑄)))) = ⦋0 / 𝑘⦌(𝑘 ↑ 𝑋))
62		c0ex 11129	. . . . 5 ⊢ 0 ∈ V
63		csbov1g 7407	. . . . 5 ⊢ (0 ∈ V → ⦋0 / 𝑘⦌(𝑘 ↑ 𝑋) = (⦋0 / 𝑘⦌𝑘 ↑ 𝑋))
64	62, 63	mp1i 13	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ⦋0 / 𝑘⦌(𝑘 ↑ 𝑋) = (⦋0 / 𝑘⦌𝑘 ↑ 𝑋))
65		csbvarg 4375	. . . . . 6 ⊢ (0 ∈ V → ⦋0 / 𝑘⦌𝑘 = 0)
66	62, 65	mp1i 13	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ⦋0 / 𝑘⦌𝑘 = 0)
67	66	oveq1d 7375	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (⦋0 / 𝑘⦌𝑘 ↑ 𝑋) = (0 ↑ 𝑋))
68	12, 10, 32, 9	ply1idvr1 22269	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ Ring → (0 ↑ 𝑋) = (1r‘𝑄))
69	24, 68	syl 17	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (0 ↑ 𝑋) = (1r‘𝑄))
70	64, 67, 69	3eqtrd 2776	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ⦋0 / 𝑘⦌(𝑘 ↑ 𝑋) = (1r‘𝑄))
71	51, 61, 70	3eqtrd 2776	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑄 Σg (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (if(𝑘 = 0, (1r‘𝐴), (0g‘𝐴)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))) = (1r‘𝑄))
72	15, 22, 71	3eqtrd 2776	1 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑇‘(1r‘𝐶)) = (1r‘𝑄))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1542   ∈ wcel 2114  Vcvv 3430  ⦋csb 3838  ifcif 4467   ↦ cmpt 5167  ‘cfv 6492  (class class class)co 7360  Fincfn 8886  0cc0 11029  ℕ₀cn0 12428  Basecbs 17170  Scalarcsca 17214   ·_𝑠 cvsca 17215  0_gc0g 17393   Σ_g cgsu 17394  Mndcmnd 18693  ._gcmg 19034  mulGrpcmgp 20112  1_rcur 20153  Ringcrg 20205  LModclmod 20846  var₁cv1 22149  Poly₁cpl1 22150   Mat cmat 22382   decompPMat cdecpmat 22737   pMatToMatPoly cpm2mp 22767

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 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5212  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5302  ax-pr 5370  ax-un 7682  ax-cnex 11085  ax-resscn 11086  ax-1cn 11087  ax-icn 11088  ax-addcl 11089  ax-addrcl 11090  ax-mulcl 11091  ax-mulrcl 11092  ax-mulcom 11093  ax-addass 11094  ax-mulass 11095  ax-distr 11096  ax-i2m1 11097  ax-1ne0 11098  ax-1rid 11099  ax-rnegex 11100  ax-rrecex 11101  ax-cnre 11102  ax-pre-lttri 11103  ax-pre-lttrn 11104  ax-pre-ltadd 11105  ax-pre-mulgt0 11106

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-tp 4573  df-op 4575  df-ot 4577  df-uni 4852  df-int 4891  df-iun 4936  df-iin 4937  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  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 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-of 7624  df-ofr 7625  df-om 7811  df-1st 7935  df-2nd 7936  df-supp 8104  df-frecs 8224  df-wrecs 8255  df-recs 8304  df-rdg 8342  df-1o 8398  df-2o 8399  df-er 8636  df-map 8768  df-pm 8769  df-ixp 8839  df-en 8887  df-dom 8888  df-sdom 8889  df-fin 8890  df-fsupp 9268  df-sup 9348  df-oi 9418  df-card 9854  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-nn 12166  df-2 12235  df-3 12236  df-4 12237  df-5 12238  df-6 12239  df-7 12240  df-8 12241  df-9 12242  df-n0 12429  df-z 12516  df-dec 12636  df-uz 12780  df-fz 13453  df-fzo 13600  df-seq 13955  df-hash 14284  df-struct 17108  df-sets 17125  df-slot 17143  df-ndx 17155  df-base 17171  df-ress 17192  df-plusg 17224  df-mulr 17225  df-sca 17227  df-vsca 17228  df-ip 17229  df-tset 17230  df-ple 17231  df-ds 17233  df-hom 17235  df-cco 17236  df-0g 17395  df-gsum 17396  df-prds 17401  df-pws 17403  df-mre 17539  df-mrc 17540  df-acs 17542  df-mgm 18599  df-sgrp 18678  df-mnd 18694  df-mhm 18742  df-submnd 18743  df-grp 18903  df-minusg 18904  df-sbg 18905  df-mulg 19035  df-subg 19090  df-ghm 19179  df-cntz 19283  df-cmn 19748  df-abl 19749  df-mgp 20113  df-rng 20125  df-ur 20154  df-ring 20207  df-subrng 20514  df-subrg 20538  df-lmod 20848  df-lss 20918  df-sra 21160  df-rgmod 21161  df-dsmm 21722  df-frlm 21737  df-psr 21899  df-mvr 21900  df-mpl 21901  df-opsr 21903  df-psr1 22153  df-vr1 22154  df-ply1 22155  df-coe1 22156  df-mamu 22366  df-mat 22383  df-decpmat 22738  df-pm2mp 22768

This theorem is referenced by:  pm2mpmhm  22795