Theorem idpm2idmp 22841

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 22732	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐶 ∈ Ring)
4		pm2mpval.b	. . . . 5 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐶)
5		eqid 2761	. . . . 5 ⊢ (1r‘𝐶) = (1r‘𝐶)
6	4, 5	ringidcl 20294	. . . 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 22836	. . 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 1482	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑇‘(1r‘𝐶)) = (𝑄 Σg (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (((1r‘𝐶) decompPMat 𝑘) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))))
16		eqid 2761	. . . . . . 7 ⊢ (0g‘𝐴) = (0g‘𝐴)
17		eqid 2761	. . . . . . 7 ⊢ (1r‘𝐴) = (1r‘𝐴)
18	1, 2, 5, 11, 16, 17	decpmatid 22810	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((1r‘𝐶) decompPMat 𝑘) = if(𝑘 = 0, (1r‘𝐴), (0g‘𝐴)))
19	18	3expa 1130	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((1r‘𝐶) decompPMat 𝑘) = if(𝑘 = 0, (1r‘𝐴), (0g‘𝐴)))
20	19	oveq1d 7407	. . . 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 5192	. . 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 7408	. 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 7490	. . . . . 6 ⊢ (if(𝑘 = 0, (1r‘𝐴), (0g‘𝐴)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = if(𝑘 = 0, ((1r‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)), ((0g‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))
24	11	matring 22483	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐴 ∈ Ring)
25	12	ply1sca 22294	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐴 ∈ Ring → 𝐴 = (Scalar‘𝑄))
26	24, 25	syl 17	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐴 = (Scalar‘𝑄))
27	26	adantr 484	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝐴 = (Scalar‘𝑄))
28	27	fveq2d 6867	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (1r‘𝐴) = (1r‘(Scalar‘𝑄)))
29	28	oveq1d 7407	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((1r‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = ((1r‘(Scalar‘𝑄)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))
30	12	ply1lmod 22293	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ Ring → 𝑄 ∈ LMod)
31	24, 30	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑄 ∈ LMod)
32		eqid 2761	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (mulGrp‘𝑄) = (mulGrp‘𝑄)
33		eqid 2761	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (Base‘𝑄) = (Base‘𝑄)
34	12, 10, 32, 9, 33	ply1moncl 22314	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ Ring ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 ↑ 𝑋) ∈ (Base‘𝑄))
35	24, 34	sylan 589	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 ↑ 𝑋) ∈ (Base‘𝑄))
36		eqid 2761	. . . . . . . . . 10 ⊢ (Scalar‘𝑄) = (Scalar‘𝑄)
37		eqid 2761	. . . . . . . . . 10 ⊢ (1r‘(Scalar‘𝑄)) = (1r‘(Scalar‘𝑄))
38	33, 36, 8, 37	lmodvs1 20937	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑄 ∈ LMod ∧ (𝑘 ↑ 𝑋) ∈ (Base‘𝑄)) → ((1r‘(Scalar‘𝑄)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = (𝑘 ↑ 𝑋))
39	31, 35, 38	syl2an2r 695	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((1r‘(Scalar‘𝑄)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = (𝑘 ↑ 𝑋))
40	29, 39	eqtrd 2796	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((1r‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = (𝑘 ↑ 𝑋))
41	27	fveq2d 6867	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (0g‘𝐴) = (0g‘(Scalar‘𝑄)))
42	41	oveq1d 7407	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((0g‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = ((0g‘(Scalar‘𝑄)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))
43		eqid 2761	. . . . . . . . . 10 ⊢ (0g‘(Scalar‘𝑄)) = (0g‘(Scalar‘𝑄))
44		eqid 2761	. . . . . . . . . 10 ⊢ (0g‘𝑄) = (0g‘𝑄)
45	33, 36, 8, 43, 44	lmod0vs 20942	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑄 ∈ LMod ∧ (𝑘 ↑ 𝑋) ∈ (Base‘𝑄)) → ((0g‘(Scalar‘𝑄)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = (0g‘𝑄))
46	31, 35, 45	syl2an2r 695	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((0g‘(Scalar‘𝑄)) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = (0g‘𝑄))
47	42, 46	eqtrd 2796	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((0g‘𝐴) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) = (0g‘𝑄))
48	40, 47	ifeq12d 4501	. . . . . 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 2808	. . . . 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 5192	. . . 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 7408	. . 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 22289	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ Ring → 𝑄 ∈ Ring)
53		ringmnd 20272	. . . . 5 ⊢ (𝑄 ∈ Ring → 𝑄 ∈ Mnd)
54	24, 52, 53	3syl 18	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑄 ∈ Mnd)
55		nn0ex 12484	. . . . 5 ⊢ ℕ0 ∈ V
56	55	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ℕ0 ∈ V)
57		0nn0 12493	. . . . 5 ⊢ 0 ∈ ℕ0
58	57	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 0 ∈ ℕ0)
59		eqid 2761	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑘 = 0, (𝑘 ↑ 𝑋), (0g‘𝑄))) = (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑘 = 0, (𝑘 ↑ 𝑋), (0g‘𝑄)))
60	35	ralrimiva 3153	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ∀𝑘 ∈ ℕ0 (𝑘 ↑ 𝑋) ∈ (Base‘𝑄))
61	44, 54, 56, 58, 59, 60	gsummpt1n0 19988	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑄 Σg (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑘 = 0, (𝑘 ↑ 𝑋), (0g‘𝑄)))) = ⦋0 / 𝑘⦌(𝑘 ↑ 𝑋))
62		c0ex 11170	. . . . 5 ⊢ 0 ∈ V
63		csbov1g 7439	. . . . 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 4387	. . . . . 6 ⊢ (0 ∈ V → ⦋0 / 𝑘⦌𝑘 = 0)
66	62, 65	mp1i 13	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ⦋0 / 𝑘⦌𝑘 = 0)
67	66	oveq1d 7407	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (⦋0 / 𝑘⦌𝑘 ↑ 𝑋) = (0 ↑ 𝑋))
68	12, 10, 32, 9	ply1idvr1 22337	. . . . 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 2800	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ⦋0 / 𝑘⦌(𝑘 ↑ 𝑋) = (1r‘𝑄))
71	51, 61, 70	3eqtrd 2800	. 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 2800	1 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑇‘(1r‘𝐶)) = (1r‘𝑄))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 399   = wceq 1559   ∈ wcel 2141  Vcvv 3453  ⦋csb 3852  ifcif 4479   ↦ cmpt 5180  ‘cfv 6517  (class class class)co 7392  Fincfn 8923  0cc0 11070  ℕ₀cn0 12478  Basecbs 17228  Scalarcsca 17272   ·_𝑠 cvsca 17273  0_gc0g 17451   Σ_g cgsu 17452  Mndcmnd 18751  ._gcmg 19092  mulGrpcmgp 20169  1_rcur 20210  Ringcrg 20262  LModclmod 20907  var₁cv1 22218  Poly₁cpl1 22219   Mat cmat 22447   decompPMat cdecpmat 22802   pMatToMatPoly cpm2mp 22832

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1814  ax-4 1828  ax-5 1929  ax-6 1986  ax-7 2027  ax-8 2143  ax-9 2151  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2211  ax-ext 2733  ax-rep 5226  ax-sep 5245  ax-nul 5255  ax-pow 5321  ax-pr 5389  ax-un 7714  ax-cnex 11126  ax-resscn 11127  ax-1cn 11128  ax-icn 11129  ax-addcl 11130  ax-addrcl 11131  ax-mulcl 11132  ax-mulrcl 11133  ax-mulcom 11134  ax-addass 11135  ax-mulass 11136  ax-distr 11137  ax-i2m1 11138  ax-1ne0 11139  ax-1rid 11140  ax-rnegex 11141  ax-rrecex 11142  ax-cnre 11143  ax-pre-lttri 11144  ax-pre-lttrn 11145  ax-pre-ltadd 11146  ax-pre-mulgt0 11147

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 400  df-or 859  df-3or 1098  df-3an 1099  df-tru 1562  df-fal 1572  df-ex 1799  df-nf 1803  df-sb 2090  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3061  df-ral 3076  df-rex 3086  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3455  df-sbc 3745  df-csb 3853  df-dif 3907  df-un 3909  df-in 3911  df-ss 3921  df-pss 3924  df-nul 4286  df-if 4480  df-pw 4556  df-sn 4582  df-pr 4584  df-tp 4586  df-op 4588  df-ot 4590  df-uni 4865  df-int 4905  df-iun 4950  df-iin 4951  df-br 5100  df-opab 5162  df-mpt 5181  df-tr 5207  df-id 5540  df-eprel 5545  df-po 5553  df-so 5554  df-fr 5598  df-se 5599  df-we 5600  df-xp 5651  df-rel 5652  df-cnv 5653  df-co 5654  df-dm 5655  df-rn 5656  df-res 5657  df-ima 5658  df-pred 6284  df-ord 6345  df-on 6346  df-lim 6347  df-suc 6348  df-iota 6473  df-fun 6519  df-fn 6520  df-f 6521  df-f1 6522  df-fo 6523  df-f1o 6524  df-fv 6525  df-isom 6526  df-riota 7349  df-ov 7395  df-oprab 7396  df-mpo 7397  df-of 7656  df-ofr 7657  df-om 7843  df-1st 7966  df-2nd 7967  df-supp 8136  df-frecs 8257  df-wrecs 8288  df-recs 8337  df-rdg 8376  df-1o 8432  df-2o 8433  df-er 8673  df-map 8805  df-pm 8806  df-ixp 8876  df-en 8924  df-dom 8925  df-sdom 8926  df-fin 8927  df-fsupp 9305  df-sup 9385  df-oi 9455  df-card 9894  df-pnf 11215  df-mnf 11216  df-xr 11217  df-ltxr 11218  df-le 11219  df-sub 11413  df-neg 11414  df-nn 12208  df-2 12277  df-3 12278  df-4 12279  df-5 12280  df-6 12281  df-7 12282  df-8 12283  df-9 12284  df-n0 12479  df-z 12566  df-dec 12686  df-uz 12837  df-fz 13510  df-fzo 13657  df-seq 14012  df-hash 14341  df-struct 17166  df-sets 17183  df-slot 17201  df-ndx 17213  df-base 17229  df-ress 17250  df-plusg 17282  df-mulr 17283  df-sca 17285  df-vsca 17286  df-ip 17287  df-tset 17288  df-ple 17289  df-ds 17291  df-hom 17293  df-cco 17294  df-0g 17453  df-gsum 17454  df-prds 17459  df-pws 17461  df-mre 17597  df-mrc 17598  df-acs 17600  df-mgm 18657  df-sgrp 18736  df-mnd 18752  df-mhm 18800  df-submnd 18801  df-grp 18961  df-minusg 18962  df-sbg 18963  df-mulg 19093  df-subg 19148  df-ghm 19237  df-cntz 19340  df-cmn 19805  df-abl 19806  df-mgp 20170  df-rng 20182  df-ur 20211  df-ring 20264  df-subrng 20575  df-subrg 20599  df-lmod 20909  df-lss 20979  df-sra 21220  df-rgmod 21221  df-dsmm 21764  df-frlm 21779  df-psr 21941  df-mvr 21942  df-mpl 21943  df-opsr 21945  df-psr1 22222  df-vr1 22223  df-ply1 22224  df-coe1 22225  df-mamu 22431  df-mat 22448  df-decpmat 22803  df-pm2mp 22833

This theorem is referenced by:  pm2mpmhm  22860