Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  pmatcollpw3fi1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem pmatcollpw3fi1 21312
 Description: Write a polynomial matrix (over a commutative ring) as a finite sum of (at least two) products of variable powers and constant matrices with scalar entries. (Contributed by AV, 6-Nov-2019.) (Revised by AV, 4-Dec-2019.)
Hypotheses
Ref Expression
pmatcollpw.p 𝑃 = (Poly1𝑅)
pmatcollpw.c 𝐶 = (𝑁 Mat 𝑃)
pmatcollpw.b 𝐵 = (Base‘𝐶)
pmatcollpw.m = ( ·𝑠𝐶)
pmatcollpw.e = (.g‘(mulGrp‘𝑃))
pmatcollpw.x 𝑋 = (var1𝑅)
pmatcollpw.t 𝑇 = (𝑁 matToPolyMat 𝑅)
pmatcollpw3.a 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
pmatcollpw3.d 𝐷 = (Base‘𝐴)
Assertion
Ref Expression
pmatcollpw3fi1 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → ∃𝑠 ∈ ℕ ∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))))
Distinct variable groups:   𝐵,𝑛   𝑛,𝑀   𝑛,𝑁   𝑃,𝑛   𝑅,𝑛   𝑛,𝑋   ,𝑛   𝐵,𝑠,𝑛   𝐶,𝑛   𝑀,𝑠   𝑁,𝑠   𝑅,𝑠   𝐵,𝑓   𝐶,𝑓,𝑛   𝐷,𝑓   𝑓,𝑀   𝑓,𝑁   𝑅,𝑓   𝑇,𝑓   𝑓,𝑋   ,𝑓   ,𝑓,𝑠   𝐷,𝑛   𝐴,𝑓,𝑛,𝑠   𝐶,𝑠   𝐷,𝑠   𝑇,𝑠   𝑋,𝑠   ,𝑠   ,𝑠
Allowed substitution hints:   𝑃(𝑓,𝑠)   𝑇(𝑛)   (𝑛)

Proof of Theorem pmatcollpw3fi1
StepHypRef Expression
1 pmatcollpw.p . . 3 𝑃 = (Poly1𝑅)
2 pmatcollpw.c . . 3 𝐶 = (𝑁 Mat 𝑃)
3 pmatcollpw.b . . 3 𝐵 = (Base‘𝐶)
4 pmatcollpw.m . . 3 = ( ·𝑠𝐶)
5 pmatcollpw.e . . 3 = (.g‘(mulGrp‘𝑃))
6 pmatcollpw.x . . 3 𝑋 = (var1𝑅)
7 pmatcollpw.t . . 3 𝑇 = (𝑁 matToPolyMat 𝑅)
8 pmatcollpw3.a . . 3 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
9 pmatcollpw3.d . . 3 𝐷 = (Base‘𝐴)
101, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9pmatcollpw3fi 21309 . 2 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → ∃𝑠 ∈ ℕ0𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))))
11 df-n0 11887 . . . . 5 0 = (ℕ ∪ {0})
1211rexeqi 3420 . . . 4 (∃𝑠 ∈ ℕ0𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) ↔ ∃𝑠 ∈ (ℕ ∪ {0})∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))))
13 rexun 4170 . . . 4 (∃𝑠 ∈ (ℕ ∪ {0})∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) ↔ (∃𝑠 ∈ ℕ ∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) ∨ ∃𝑠 ∈ {0}∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛)))))))
1412, 13bitri 276 . . 3 (∃𝑠 ∈ ℕ0𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) ↔ (∃𝑠 ∈ ℕ ∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) ∨ ∃𝑠 ∈ {0}∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛)))))))
15 c0ex 10624 . . . . . 6 0 ∈ V
16 oveq2 7156 . . . . . . . . 9 (𝑠 = 0 → (0...𝑠) = (0...0))
17 0z 11981 . . . . . . . . . 10 0 ∈ ℤ
18 fzsn 12939 . . . . . . . . . 10 (0 ∈ ℤ → (0...0) = {0})
1917, 18mp1i 13 . . . . . . . . 9 (𝑠 = 0 → (0...0) = {0})
2016, 19eqtrd 2861 . . . . . . . 8 (𝑠 = 0 → (0...𝑠) = {0})
2120oveq2d 7164 . . . . . . 7 (𝑠 = 0 → (𝐷m (0...𝑠)) = (𝐷m {0}))
2220mpteq1d 5152 . . . . . . . . 9 (𝑠 = 0 → (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛)))) = (𝑛 ∈ {0} ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛)))))
2322oveq2d 7164 . . . . . . . 8 (𝑠 = 0 → (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ {0} ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))))
2423eqeq2d 2837 . . . . . . 7 (𝑠 = 0 → (𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) ↔ 𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ {0} ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛)))))))
2521, 24rexeqbidv 3408 . . . . . 6 (𝑠 = 0 → (∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) ↔ ∃𝑓 ∈ (𝐷m {0})𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ {0} ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛)))))))
2615, 25rexsn 4619 . . . . 5 (∃𝑠 ∈ {0}∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) ↔ ∃𝑓 ∈ (𝐷m {0})𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ {0} ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))))
271, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9pmatcollpw3fi1lem2 21311 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → (∃𝑓 ∈ (𝐷m {0})𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ {0} ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) → ∃𝑠 ∈ ℕ ∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛)))))))
2827com12 32 . . . . 5 (∃𝑓 ∈ (𝐷m {0})𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ {0} ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) → ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → ∃𝑠 ∈ ℕ ∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛)))))))
2926, 28sylbi 218 . . . 4 (∃𝑠 ∈ {0}∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) → ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → ∃𝑠 ∈ ℕ ∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛)))))))
3029jao1i 854 . . 3 ((∃𝑠 ∈ ℕ ∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) ∨ ∃𝑠 ∈ {0}∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛)))))) → ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → ∃𝑠 ∈ ℕ ∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛)))))))
3114, 30sylbi 218 . 2 (∃𝑠 ∈ ℕ0𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))) → ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → ∃𝑠 ∈ ℕ ∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛)))))))
3210, 31mpcom 38 1 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀𝐵) → ∃𝑠 ∈ ℕ ∃𝑓 ∈ (𝐷m (0...𝑠))𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ (0...𝑠) ↦ ((𝑛 𝑋) (𝑇‘(𝑓𝑛))))))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ∨ wo 843   ∧ w3a 1081   = wceq 1530   ∈ wcel 2107  ∃wrex 3144   ∪ cun 3938  {csn 4564   ↦ cmpt 5143  ‘cfv 6352  (class class class)co 7148   ↑m cmap 8396  Fincfn 8498  0cc0 10526  ℕcn 11627  ℕ0cn0 11886  ℤcz 11970  ...cfz 12882  Basecbs 16473   ·𝑠 cvsca 16559   Σg cgsu 16704  .gcmg 18154  mulGrpcmgp 19159  CRingccrg 19218  var1cv1 20261  Poly1cpl1 20262   Mat cmat 20932   matToPolyMat cmat2pmat 21228 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 1904  ax-6 1963  ax-7 2008  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2153  ax-12 2169  ax-ext 2798  ax-rep 5187  ax-sep 5200  ax-nul 5207  ax-pow 5263  ax-pr 5326  ax-un 7451  ax-cnex 10582  ax-resscn 10583  ax-1cn 10584  ax-icn 10585  ax-addcl 10586  ax-addrcl 10587  ax-mulcl 10588  ax-mulrcl 10589  ax-mulcom 10590  ax-addass 10591  ax-mulass 10592  ax-distr 10593  ax-i2m1 10594  ax-1ne0 10595  ax-1rid 10596  ax-rnegex 10597  ax-rrecex 10598  ax-cnre 10599  ax-pre-lttri 10600  ax-pre-lttrn 10601  ax-pre-ltadd 10602  ax-pre-mulgt0 10603 This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 844  df-3or 1082  df-3an 1083  df-tru 1533  df-fal 1543  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2063  df-mo 2620  df-eu 2652  df-clab 2805  df-cleq 2819  df-clel 2898  df-nfc 2968  df-ne 3022  df-nel 3129  df-ral 3148  df-rex 3149  df-reu 3150  df-rmo 3151  df-rab 3152  df-v 3502  df-sbc 3777  df-csb 3888  df-dif 3943  df-un 3945  df-in 3947  df-ss 3956  df-pss 3958  df-nul 4296  df-if 4471  df-pw 4544  df-sn 4565  df-pr 4567  df-tp 4569  df-op 4571  df-ot 4573  df-uni 4838  df-int 4875  df-iun 4919  df-iin 4920  df-br 5064  df-opab 5126  df-mpt 5144  df-tr 5170  df-id 5459  df-eprel 5464  df-po 5473  df-so 5474  df-fr 5513  df-se 5514  df-we 5515  df-xp 5560  df-rel 5561  df-cnv 5562  df-co 5563  df-dm 5564  df-rn 5565  df-res 5566  df-ima 5567  df-pred 6146  df-ord 6192  df-on 6193  df-lim 6194  df-suc 6195  df-iota 6312  df-fun 6354  df-fn 6355  df-f 6356  df-f1 6357  df-fo 6358  df-f1o 6359  df-fv 6360  df-isom 6361  df-riota 7106  df-ov 7151  df-oprab 7152  df-mpo 7153  df-of 7399  df-ofr 7400  df-om 7569  df-1st 7680  df-2nd 7681  df-supp 7822  df-cur 7924  df-wrecs 7938  df-recs 7999  df-rdg 8037  df-1o 8093  df-2o 8094  df-oadd 8097  df-er 8279  df-map 8398  df-pm 8399  df-ixp 8451  df-en 8499  df-dom 8500  df-sdom 8501  df-fin 8502  df-fsupp 8823  df-sup 8895  df-oi 8963  df-card 9357  df-pnf 10666  df-mnf 10667  df-xr 10668  df-ltxr 10669  df-le 10670  df-sub 10861  df-neg 10862  df-nn 11628  df-2 11689  df-3 11690  df-4 11691  df-5 11692  df-6 11693  df-7 11694  df-8 11695  df-9 11696  df-n0 11887  df-z 11971  df-dec 12088  df-uz 12233  df-fz 12883  df-fzo 13024  df-seq 13360  df-hash 13681  df-struct 16475  df-ndx 16476  df-slot 16477  df-base 16479  df-sets 16480  df-ress 16481  df-plusg 16568  df-mulr 16569  df-sca 16571  df-vsca 16572  df-ip 16573  df-tset 16574  df-ple 16575  df-ds 16577  df-hom 16579  df-cco 16580  df-0g 16705  df-gsum 16706  df-prds 16711  df-pws 16713  df-mre 16847  df-mrc 16848  df-acs 16850  df-mgm 17842  df-sgrp 17890  df-mnd 17901  df-mhm 17944  df-submnd 17945  df-grp 18036  df-minusg 18037  df-sbg 18038  df-mulg 18155  df-subg 18206  df-ghm 18286  df-cntz 18377  df-cmn 18828  df-abl 18829  df-mgp 19160  df-ur 19172  df-srg 19176  df-ring 19219  df-cring 19220  df-subrg 19453  df-lmod 19556  df-lss 19624  df-sra 19864  df-rgmod 19865  df-assa 20004  df-ascl 20006  df-psr 20055  df-mvr 20056  df-mpl 20057  df-opsr 20059  df-psr1 20265  df-vr1 20266  df-ply1 20267  df-coe1 20268  df-dsmm 20792  df-frlm 20807  df-mamu 20911  df-mat 20933  df-mat2pmat 21231  df-decpmat 21287 This theorem is referenced by:  cpmadugsumfi  21401
 Copyright terms: Public domain W3C validator