Theorem matunit 22171

Description: A matrix is a unit in the ring of matrices iff its determinant is a unit in the underlying ring. (Contributed by Stefan O'Rear, 17-Jul-2018.)

Hypotheses

Ref	Expression
matunit.a	⊢ 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
matunit.d	⊢ 𝐷 = (𝑁 maDet 𝑅)
matunit.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐴)
matunit.u	⊢ 𝑈 = (Unit‘𝐴)
matunit.v	⊢ 𝑉 = (Unit‘𝑅)

Assertion

Ref	Expression
matunit	⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝑀 ∈ 𝑈 ↔ (𝐷‘𝑀) ∈ 𝑉))

Proof of Theorem matunit

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqid 2732	. . . 4 ⊢ (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
2		eqid 2732	. . . 4 ⊢ (.r‘𝑅) = (.r‘𝑅)
3		eqid 2732	. . . 4 ⊢ (1r‘𝑅) = (1r‘𝑅)
4		matunit.v	. . . 4 ⊢ 𝑉 = (Unit‘𝑅)
5		eqid 2732	. . . 4 ⊢ (invr‘𝑅) = (invr‘𝑅)
6		crngring 20061	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
7	6	ad2antrr 724	. . . 4 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → 𝑅 ∈ Ring)
8		matunit.d	. . . . . 6 ⊢ 𝐷 = (𝑁 maDet 𝑅)
9		matunit.a	. . . . . 6 ⊢ 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
10		matunit.b	. . . . . 6 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐴)
11	8, 9, 10, 1	mdetcl 22089	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝐷‘𝑀) ∈ (Base‘𝑅))
12	11	adantr 481	. . . 4 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → (𝐷‘𝑀) ∈ (Base‘𝑅))
13	8, 9, 10, 1	mdetf 22088	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝐷:𝐵⟶(Base‘𝑅))
14	13	ad2antrr 724	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → 𝐷:𝐵⟶(Base‘𝑅))
15	9, 10	matrcl 21903	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑀 ∈ 𝐵 → (𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ V))
16	15	simpld 495	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑀 ∈ 𝐵 → 𝑁 ∈ Fin)
17	16	ad2antlr 725	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → 𝑁 ∈ Fin)
18	9	matring 21936	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐴 ∈ Ring)
19	17, 7, 18	syl2anc 584	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → 𝐴 ∈ Ring)
20		matunit.u	. . . . . . 7 ⊢ 𝑈 = (Unit‘𝐴)
21		eqid 2732	. . . . . . 7 ⊢ (invr‘𝐴) = (invr‘𝐴)
22	20, 21, 10	ringinvcl 20198	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → ((invr‘𝐴)‘𝑀) ∈ 𝐵)
23	19, 22	sylancom 588	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → ((invr‘𝐴)‘𝑀) ∈ 𝐵)
24	14, 23	ffvelcdmd 7084	. . . 4 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → (𝐷‘((invr‘𝐴)‘𝑀)) ∈ (Base‘𝑅))
25		eqid 2732	. . . . . . . 8 ⊢ (.r‘𝐴) = (.r‘𝐴)
26		eqid 2732	. . . . . . . 8 ⊢ (1r‘𝐴) = (1r‘𝐴)
27	20, 21, 25, 26	unitrinv 20200	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → (𝑀(.r‘𝐴)((invr‘𝐴)‘𝑀)) = (1r‘𝐴))
28	19, 27	sylancom 588	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → (𝑀(.r‘𝐴)((invr‘𝐴)‘𝑀)) = (1r‘𝐴))
29	28	fveq2d 6892	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → (𝐷‘(𝑀(.r‘𝐴)((invr‘𝐴)‘𝑀))) = (𝐷‘(1r‘𝐴)))
30		simpll 765	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → 𝑅 ∈ CRing)
31		simplr 767	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → 𝑀 ∈ 𝐵)
32	9, 10, 8, 2, 25	mdetmul 22116	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵 ∧ ((invr‘𝐴)‘𝑀) ∈ 𝐵) → (𝐷‘(𝑀(.r‘𝐴)((invr‘𝐴)‘𝑀))) = ((𝐷‘𝑀)(.r‘𝑅)(𝐷‘((invr‘𝐴)‘𝑀))))
33	30, 31, 23, 32	syl3anc 1371	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → (𝐷‘(𝑀(.r‘𝐴)((invr‘𝐴)‘𝑀))) = ((𝐷‘𝑀)(.r‘𝑅)(𝐷‘((invr‘𝐴)‘𝑀))))
34	8, 9, 26, 3	mdet1 22094	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑁 ∈ Fin) → (𝐷‘(1r‘𝐴)) = (1r‘𝑅))
35	30, 17, 34	syl2anc 584	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → (𝐷‘(1r‘𝐴)) = (1r‘𝑅))
36	29, 33, 35	3eqtr3d 2780	. . . 4 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → ((𝐷‘𝑀)(.r‘𝑅)(𝐷‘((invr‘𝐴)‘𝑀))) = (1r‘𝑅))
37	20, 21, 25, 26	unitlinv 20199	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → (((invr‘𝐴)‘𝑀)(.r‘𝐴)𝑀) = (1r‘𝐴))
38	19, 37	sylancom 588	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → (((invr‘𝐴)‘𝑀)(.r‘𝐴)𝑀) = (1r‘𝐴))
39	38	fveq2d 6892	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → (𝐷‘(((invr‘𝐴)‘𝑀)(.r‘𝐴)𝑀)) = (𝐷‘(1r‘𝐴)))
40	9, 10, 8, 2, 25	mdetmul 22116	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ ((invr‘𝐴)‘𝑀) ∈ 𝐵 ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝐷‘(((invr‘𝐴)‘𝑀)(.r‘𝐴)𝑀)) = ((𝐷‘((invr‘𝐴)‘𝑀))(.r‘𝑅)(𝐷‘𝑀)))
41	30, 23, 31, 40	syl3anc 1371	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → (𝐷‘(((invr‘𝐴)‘𝑀)(.r‘𝐴)𝑀)) = ((𝐷‘((invr‘𝐴)‘𝑀))(.r‘𝑅)(𝐷‘𝑀)))
42	39, 41, 35	3eqtr3d 2780	. . . 4 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → ((𝐷‘((invr‘𝐴)‘𝑀))(.r‘𝑅)(𝐷‘𝑀)) = (1r‘𝑅))
43	1, 2, 3, 4, 5, 7, 12, 24, 36, 42	invrvald 22169	. . 3 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → ((𝐷‘𝑀) ∈ 𝑉 ∧ ((invr‘𝑅)‘(𝐷‘𝑀)) = (𝐷‘((invr‘𝐴)‘𝑀))))
44	43	simpld 495	. 2 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑀 ∈ 𝑈) → (𝐷‘𝑀) ∈ 𝑉)
45		eqid 2732	. . . . 5 ⊢ (𝑁 maAdju 𝑅) = (𝑁 maAdju 𝑅)
46		eqid 2732	. . . . 5 ⊢ ( ·𝑠 ‘𝐴) = ( ·𝑠 ‘𝐴)
47	9, 45, 8, 10, 20, 4, 5, 21, 46	matinv 22170	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵 ∧ (𝐷‘𝑀) ∈ 𝑉) → (𝑀 ∈ 𝑈 ∧ ((invr‘𝐴)‘𝑀) = (((invr‘𝑅)‘(𝐷‘𝑀))( ·𝑠 ‘𝐴)((𝑁 maAdju 𝑅)‘𝑀))))
48	47	simpld 495	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵 ∧ (𝐷‘𝑀) ∈ 𝑉) → 𝑀 ∈ 𝑈)
49	48	3expa 1118	. 2 ⊢ (((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ (𝐷‘𝑀) ∈ 𝑉) → 𝑀 ∈ 𝑈)
50	44, 49	impbida 799	1 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝑀 ∈ 𝑈 ↔ (𝐷‘𝑀) ∈ 𝑉))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 396   ∧ w3a 1087   = wceq 1541   ∈ wcel 2106  Vcvv 3474  ⟶wf 6536  ‘cfv 6540  (class class class)co 7405  Fincfn 8935  Basecbs 17140  ._rcmulr 17194   ·_𝑠 cvsca 17197  1_rcur 19998  Ringcrg 20049  CRingccrg 20050  Unitcui 20161  inv_rcinvr 20193   Mat cmat 21898   maDet cmdat 22077   maAdju cmadu 22125

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 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2703  ax-rep 5284  ax-sep 5298  ax-nul 5305  ax-pow 5362  ax-pr 5426  ax-un 7721  ax-cnex 11162  ax-resscn 11163  ax-1cn 11164  ax-icn 11165  ax-addcl 11166  ax-addrcl 11167  ax-mulcl 11168  ax-mulrcl 11169  ax-mulcom 11170  ax-addass 11171  ax-mulass 11172  ax-distr 11173  ax-i2m1 11174  ax-1ne0 11175  ax-1rid 11176  ax-rnegex 11177  ax-rrecex 11178  ax-cnre 11179  ax-pre-lttri 11180  ax-pre-lttrn 11181  ax-pre-ltadd 11182  ax-pre-mulgt0 11183  ax-addf 11185  ax-mulf 11186

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-xor 1510  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2534  df-eu 2563  df-clab 2710  df-cleq 2724  df-clel 2810  df-nfc 2885  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3433  df-v 3476  df-sbc 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-pss 3966  df-nul 4322  df-if 4528  df-pw 4603  df-sn 4628  df-pr 4630  df-tp 4632  df-op 4634  df-ot 4636  df-uni 4908  df-int 4950  df-iun 4998  df-iin 4999  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-tr 5265  df-id 5573  df-eprel 5579  df-po 5587  df-so 5588  df-fr 5630  df-se 5631  df-we 5632  df-xp 5681  df-rel 5682  df-cnv 5683  df-co 5684  df-dm 5685  df-rn 5686  df-res 5687  df-ima 5688  df-pred 6297  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6492  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-isom 6549  df-riota 7361  df-ov 7408  df-oprab 7409  df-mpo 7410  df-of 7666  df-om 7852  df-1st 7971  df-2nd 7972  df-supp 8143  df-tpos 8207  df-frecs 8262  df-wrecs 8293  df-recs 8367  df-rdg 8406  df-1o 8462  df-2o 8463  df-er 8699  df-map 8818  df-pm 8819  df-ixp 8888  df-en 8936  df-dom 8937  df-sdom 8938  df-fin 8939  df-fsupp 9358  df-sup 9433  df-oi 9501  df-card 9930  df-pnf 11246  df-mnf 11247  df-xr 11248  df-ltxr 11249  df-le 11250  df-sub 11442  df-neg 11443  df-div 11868  df-nn 12209  df-2 12271  df-3 12272  df-4 12273  df-5 12274  df-6 12275  df-7 12276  df-8 12277  df-9 12278  df-n0 12469  df-xnn0 12541  df-z 12555  df-dec 12674  df-uz 12819  df-rp 12971  df-fz 13481  df-fzo 13624  df-seq 13963  df-exp 14024  df-hash 14287  df-word 14461  df-lsw 14509  df-concat 14517  df-s1 14542  df-substr 14587  df-pfx 14617  df-splice 14696  df-reverse 14705  df-s2 14795  df-struct 17076  df-sets 17093  df-slot 17111  df-ndx 17123  df-base 17141  df-ress 17170  df-plusg 17206  df-mulr 17207  df-starv 17208  df-sca 17209  df-vsca 17210  df-ip 17211  df-tset 17212  df-ple 17213  df-ds 17215  df-unif 17216  df-hom 17217  df-cco 17218  df-0g 17383  df-gsum 17384  df-prds 17389  df-pws 17391  df-mre 17526  df-mrc 17527  df-acs 17529  df-mgm 18557  df-sgrp 18606  df-mnd 18622  df-mhm 18667  df-submnd 18668  df-efmnd 18746  df-grp 18818  df-minusg 18819  df-sbg 18820  df-mulg 18945  df-subg 18997  df-ghm 19084  df-gim 19127  df-cntz 19175  df-oppg 19204  df-symg 19229  df-pmtr 19304  df-psgn 19353  df-evpm 19354  df-cmn 19644  df-abl 19645  df-mgp 19982  df-ur 19999  df-srg 20003  df-ring 20051  df-cring 20052  df-oppr 20142  df-dvdsr 20163  df-unit 20164  df-invr 20194  df-dvr 20207  df-rnghom 20243  df-drng 20309  df-subrg 20353  df-lmod 20465  df-lss 20535  df-sra 20777  df-rgmod 20778  df-cnfld 20937  df-zring 21010  df-zrh 21044  df-dsmm 21278  df-frlm 21293  df-assa 21399  df-mamu 21877  df-mat 21899  df-mdet 22078  df-madu 22127

This theorem is referenced by:  slesolinv  22173  slesolinvbi  22174  slesolex  22175  matunitlindf  36474