Theorem pm2mpcl 23095

Description: The transformation of polynomial matrices into polynomials over matrices maps polynomial matrices to polynomials over matrices. (Contributed by AV, 5-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)
pm2mpcl.l	⊢ 𝐿 = (Base‘𝑄)

Assertion

Ref	Expression
pm2mpcl	⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝑇‘𝑀) ∈ 𝐿)

Proof of Theorem pm2mpcl

Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		pm2mpval.p	. . 3 ⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝑅)
2		pm2mpval.c	. . 3 ⊢ 𝐶 = (𝑁 Mat 𝑃)
3		pm2mpval.b	. . 3 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐶)
4		pm2mpval.m	. . 3 ⊢ ∗ = ( ·𝑠 ‘𝑄)
5		pm2mpval.e	. . 3 ⊢ ↑ = (.g‘(mulGrp‘𝑄))
6		pm2mpval.x	. . 3 ⊢ 𝑋 = (var1‘𝐴)
7		pm2mpval.a	. . 3 ⊢ 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
8		pm2mpval.q	. . 3 ⊢ 𝑄 = (Poly1‘𝐴)
9		pm2mpval.t	. . 3 ⊢ 𝑇 = (𝑁 pMatToMatPoly 𝑅)
10	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9	pm2mpfval 23094	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝑇‘𝑀) = (𝑄 Σg (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑀 decompPMat 𝑘) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))))
11		pm2mpcl.l	. . 3 ⊢ 𝐿 = (Base‘𝑄)
12		eqid 2761	. . 3 ⊢ (0g‘𝑄) = (0g‘𝑄)
13	7	matring 22738	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐴 ∈ Ring)
14	8	ply1ring 22545	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ Ring → 𝑄 ∈ Ring)
15		ringcmn 20491	. . . . 5 ⊢ (𝑄 ∈ Ring → 𝑄 ∈ CMnd)
16	13, 14, 15	3syl 19	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑄 ∈ CMnd)
17	16	3adant3 1150	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → 𝑄 ∈ CMnd)
18		nn0ex 12593	. . . 4 ⊢ ℕ0 ∈ V
19	18	a1i 11	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → ℕ0 ∈ V)
20	13	3adant3 1150	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → 𝐴 ∈ Ring)
21	20	adantr 486	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝐴 ∈ Ring)
22		simpl2 1211	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑅 ∈ Ring)
23		simpl3 1212	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑀 ∈ 𝐵)
24		simpr 490	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑘 ∈ ℕ0)
25		eqid 2761	. . . . . . 7 ⊢ (Base‘𝐴) = (Base‘𝐴)
26	1, 2, 3, 7, 25	decpmatcl 23065	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀 decompPMat 𝑘) ∈ (Base‘𝐴))
27	22, 23, 24, 26	syl3anc 1398	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀 decompPMat 𝑘) ∈ (Base‘𝐴))
28		eqid 2761	. . . . . 6 ⊢ (mulGrp‘𝑄) = (mulGrp‘𝑄)
29	25, 8, 6, 4, 28, 5, 11	ply1tmcl 22571	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ Ring ∧ (𝑀 decompPMat 𝑘) ∈ (Base‘𝐴) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀 decompPMat 𝑘) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) ∈ 𝐿)
30	21, 27, 24, 29	syl3anc 1398	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀 decompPMat 𝑘) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)) ∈ 𝐿)
31	30	fmpttd 7107	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑀 decompPMat 𝑘) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋))):ℕ0⟶𝐿)
32	8	ply1lmod 22549	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ Ring → 𝑄 ∈ LMod)
33	20, 32	syl 18	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → 𝑄 ∈ LMod)
34		eqidd 2762	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (Scalar‘𝑄) = (Scalar‘𝑄))
35	8, 6, 28, 5, 11	ply1moncl 22570	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ Ring ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 ↑ 𝑋) ∈ 𝐿)
36	20, 35	sylan 592	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 ↑ 𝑋) ∈ 𝐿)
37		eqid 2761	. . . 4 ⊢ (0g‘(Scalar‘𝑄)) = (0g‘(Scalar‘𝑄))
38		eqid 2761	. . . . . . 7 ⊢ (0g‘𝐴) = (0g‘𝐴)
39	1, 2, 3, 7, 38	decpmatfsupp 23067	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (𝑀 decompPMat 𝑘)) finSupp (0g‘𝐴))
40	39	3adant1 1148	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (𝑀 decompPMat 𝑘)) finSupp (0g‘𝐴))
41	8	ply1sca 22550	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ Ring → 𝐴 = (Scalar‘𝑄))
42	41	eqcomd 2767	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ Ring → (Scalar‘𝑄) = 𝐴)
43	20, 42	syl 18	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (Scalar‘𝑄) = 𝐴)
44	43	fveq2d 6881	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (0g‘(Scalar‘𝑄)) = (0g‘𝐴))
45	40, 44	breqtrrd 5133	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (𝑀 decompPMat 𝑘)) finSupp (0g‘(Scalar‘𝑄)))
46	19, 33, 34, 11, 27, 36, 12, 37, 4, 45	mptscmfsupp0 21182	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑀 decompPMat 𝑘) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋))) finSupp (0g‘𝑄))
47	11, 12, 17, 19, 31, 46	gsumcl 20109	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝑄 Σg (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑀 decompPMat 𝑘) ∗ (𝑘 ↑ 𝑋)))) ∈ 𝐿)
48	10, 47	eqeltrd 2861	1 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → (𝑇‘𝑀) ∈ 𝐿)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  Vcvv 3451   class class class wbr 5103   ↦ cmpt 5186  ‘cfv 6531  (class class class)co 7412  Fincfn 8957   finSupp cfsupp 9337  ℕ₀cn0 12587  Basecbs 17367  Scalarcsca 17411   ·_𝑠 cvsca 17412  0_gc0g 17590   Σ_g cgsu 17591  ._gcmg 19257  CMndccmn 19974  mulGrpcmgp 20340  Ringcrg 20439  LModclmod 21115  var₁cv1 22474  Poly₁cpl1 22475   Mat cmat 22702   decompPMat cdecpmat 23060   pMatToMatPoly cpm2mp 23090

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7740  ax-cnex 11237  ax-resscn 11238  ax-1cn 11239  ax-icn 11240  ax-addcl 11241  ax-addrcl 11242  ax-mulcl 11243  ax-mulrcl 11244  ax-mulcom 11245  ax-addass 11246  ax-mulass 11247  ax-distr 11248  ax-i2m1 11249  ax-1ne0 11250  ax-1rid 11251  ax-rnegex 11252  ax-rrecex 11253  ax-cnre 11254  ax-pre-lttri 11255  ax-pre-lttrn 11256  ax-pre-ltadd 11257  ax-pre-mulgt0 11258

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-tp 4589  df-op 4591  df-ot 4593  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-iin 4954  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-se 5605  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6297  df-ord 6358  df-on 6359  df-lim 6360  df-suc 6361  df-iota 6487  df-fun 6533  df-fn 6534  df-f 6535  df-f1 6536  df-fo 6537  df-f1o 6538  df-fv 6539  df-isom 6540  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-of 7682  df-ofr 7683  df-om 7867  df-1st 7990  df-2nd 7991  df-supp 8162  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8363  df-rdg 8402  df-1o 8460  df-2o 8461  df-er 8701  df-map 8833  df-pm 8834  df-ixp 8910  df-en 8958  df-dom 8959  df-sdom 8960  df-fin 8961  df-fsupp 9338  df-sup 9418  df-oi 9488  df-card 10001  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11524  df-neg 11525  df-nn 12317  df-2 12386  df-3 12387  df-4 12388  df-5 12389  df-6 12390  df-7 12391  df-8 12392  df-9 12393  df-n0 12588  df-z 12675  df-dec 12796  df-uz 12947  df-fz 13621  df-fzo 13769  df-seq 14125  df-hash 14455  df-struct 17305  df-sets 17322  df-slot 17340  df-ndx 17352  df-base 17368  df-ress 17389  df-plusg 17421  df-mulr 17422  df-sca 17424  df-vsca 17425  df-ip 17426  df-tset 17427  df-ple 17428  df-ds 17430  df-hom 17432  df-cco 17433  df-0g 17592  df-gsum 17593  df-prds 17598  df-pws 17600  df-mre 17736  df-mrc 17737  df-acs 17739  df-mgm 18796  df-sgrp 18888  df-mnd 18904  df-mhm 18958  df-submnd 18959  df-grp 19127  df-minusg 19128  df-sbg 19129  df-mulg 19258  df-subg 19313  df-ghm 19408  df-cntz 19511  df-cmn 19976  df-abl 19977  df-mgp 20341  df-rng 20355  df-ur 20388  df-ring 20441  df-subrng 20778  df-subrg 20802  df-lmod 21117  df-lss 21187  df-sra 21428  df-rgmod 21429  df-dsmm 22018  df-frlm 22033  df-psr 22197  df-mvr 22198  df-mpl 22199  df-opsr 22201  df-psr1 22478  df-vr1 22479  df-ply1 22480  df-coe1 22481  df-mamu 22686  df-mat 22703  df-decpmat 23061  df-pm2mp 23091

This theorem is used by:  pm2mpf  23096  pm2mpf1  23097