Theorem mdetero 22530

Description: The determinant function is multilinear (additive and homogeneous for each row (matrices are given explicitly by their entries). Corollary 4.9 in [Lang] p. 515. (Contributed by SO, 16-Jul-2018.)

Hypotheses

Ref	Expression
mdetero.d	⊢ 𝐷 = (𝑁 maDet 𝑅)
mdetero.k	⊢ 𝐾 = (Base‘𝑅)
mdetero.p	⊢ + = (+g‘𝑅)
mdetero.t	⊢ · = (.r‘𝑅)
mdetero.r	⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ CRing)
mdetero.n	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ Fin)
mdetero.x	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑋 ∈ 𝐾)
mdetero.y	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑌 ∈ 𝐾)
mdetero.z	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑍 ∈ 𝐾)
mdetero.w	⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ 𝐾)
mdetero.i	⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ 𝑁)
mdetero.j	⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ 𝑁)
mdetero.ij	⊢ (𝜑 → 𝐼 ≠ 𝐽)

Assertion

Ref	Expression
mdetero	⊢ (𝜑 → (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, (𝑋 + (𝑊 · 𝑌)), if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))) = (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑋, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))))

Distinct variable groups:   𝜑,𝑖,𝑗   𝑖,𝐾,𝑗   𝑖,𝑁,𝑗   𝑖,𝐼,𝑗   𝑖,𝐽,𝑗   𝑖,𝑋   𝑖,𝑌   𝑖,𝑊,𝑗   · ,𝑖,𝑗   + ,𝑖,𝑗

Allowed substitution hints:   𝐷(𝑖,𝑗)   𝑅(𝑖,𝑗)   𝑋(𝑗)   𝑌(𝑗)   𝑍(𝑖,𝑗)

Proof of Theorem mdetero

Step	Hyp	Ref	Expression
1		mdetero.d	. . 3 ⊢ 𝐷 = (𝑁 maDet 𝑅)
2		mdetero.k	. . 3 ⊢ 𝐾 = (Base‘𝑅)
3		mdetero.p	. . 3 ⊢ + = (+g‘𝑅)
4		mdetero.r	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ CRing)
5		mdetero.n	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ Fin)
6		mdetero.x	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑋 ∈ 𝐾)
7	6	3adant2 1128	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑋 ∈ 𝐾)
8		crngring 20190	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
9	4, 8	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ Ring)
10	9	3ad2ant1 1130	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑅 ∈ Ring)
11		mdetero.w	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ 𝐾)
12	11	3ad2ant1 1130	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑊 ∈ 𝐾)
13		mdetero.y	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑌 ∈ 𝐾)
14	13	3adant2 1128	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑌 ∈ 𝐾)
15		mdetero.t	. . . . 5 ⊢ · = (.r‘𝑅)
16	2, 15	ringcl 20195	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑊 ∈ 𝐾 ∧ 𝑌 ∈ 𝐾) → (𝑊 · 𝑌) ∈ 𝐾)
17	10, 12, 14, 16	syl3anc 1368	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → (𝑊 · 𝑌) ∈ 𝐾)
18		mdetero.z	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑍 ∈ 𝐾)
19	14, 18	ifcld 4576	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍) ∈ 𝐾)
20		mdetero.i	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ 𝑁)
21	1, 2, 3, 4, 5, 7, 17, 19, 20	mdetrlin2 22527	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, (𝑋 + (𝑊 · 𝑌)), if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))) = ((𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑋, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))) + (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, (𝑊 · 𝑌), if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍))))))
22	1, 2, 15, 4, 5, 14, 19, 11, 20	mdetrsca2 22524	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, (𝑊 · 𝑌), if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))) = (𝑊 · (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑌, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍))))))
23		eqid 2727	. . . . . 6 ⊢ (0g‘𝑅) = (0g‘𝑅)
24		mdetero.j	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ 𝑁)
25		mdetero.ij	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ≠ 𝐽)
26	1, 2, 23, 4, 5, 13, 18, 20, 24, 25	mdetralt2 22529	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑌, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))) = (0g‘𝑅))
27	26	oveq2d 7440	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑊 · (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑌, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍))))) = (𝑊 · (0g‘𝑅)))
28	2, 15, 23	ringrz 20235	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑊 ∈ 𝐾) → (𝑊 · (0g‘𝑅)) = (0g‘𝑅))
29	9, 11, 28	syl2anc 582	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑊 · (0g‘𝑅)) = (0g‘𝑅))
30	22, 27, 29	3eqtrd 2771	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, (𝑊 · 𝑌), if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))) = (0g‘𝑅))
31	30	oveq2d 7440	. 2 ⊢ (𝜑 → ((𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑋, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))) + (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, (𝑊 · 𝑌), if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍))))) = ((𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑋, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))) + (0g‘𝑅)))
32		ringgrp 20183	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → 𝑅 ∈ Grp)
33	9, 32	syl 17	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ Grp)
34		eqid 2727	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 Mat 𝑅) = (𝑁 Mat 𝑅)
35		eqid 2727	. . . . . 6 ⊢ (Base‘(𝑁 Mat 𝑅)) = (Base‘(𝑁 Mat 𝑅))
36	1, 34, 35, 2	mdetf 22515	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝐷:(Base‘(𝑁 Mat 𝑅))⟶𝐾)
37	4, 36	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐷:(Base‘(𝑁 Mat 𝑅))⟶𝐾)
38	7, 19	ifcld 4576	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ 𝑁 ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → if(𝑖 = 𝐼, 𝑋, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)) ∈ 𝐾)
39	34, 2, 35, 5, 4, 38	matbas2d 22343	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑋, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍))) ∈ (Base‘(𝑁 Mat 𝑅)))
40	37, 39	ffvelcdmd 7098	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑋, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))) ∈ 𝐾)
41	2, 3, 23	grprid 18930	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ Grp ∧ (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑋, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))) ∈ 𝐾) → ((𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑋, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))) + (0g‘𝑅)) = (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑋, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))))
42	33, 40, 41	syl2anc 582	. 2 ⊢ (𝜑 → ((𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑋, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))) + (0g‘𝑅)) = (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑋, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))))
43	21, 31, 42	3eqtrd 2771	1 ⊢ (𝜑 → (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, (𝑋 + (𝑊 · 𝑌)), if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))) = (𝐷‘(𝑖 ∈ 𝑁, 𝑗 ∈ 𝑁 ↦ if(𝑖 = 𝐼, 𝑋, if(𝑖 = 𝐽, 𝑌, 𝑍)))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 394   ∧ w3a 1084   = wceq 1533   ∈ wcel 2098   ≠ wne 2936  ifcif 4530  ⟶wf 6547  ‘cfv 6551  (class class class)co 7424   ∈ cmpo 7426  Fincfn 8968  Basecbs 17185  +_gcplusg 17238  ._rcmulr 17239  0_gc0g 17426  Grpcgrp 18895  Ringcrg 20178  CRingccrg 20179   Mat cmat 22325   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-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-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-sra 21063  df-rgmod 21064  df-cnfld 21285  df-zring 21378  df-zrh 21434  df-dsmm 21671  df-frlm 21686  df-mat 22326  df-mdet 22505

This theorem is referenced by:  maducoeval2  22560  matunitlindflem1  37094