Theorem pmatcollpwscmat 21093

Description: Write a scalar matrix over polynomials (over a commutative ring) as a sum of the product of variable powers and constant scalar matrices with scalar entries. (Contributed by AV, 2-Nov-2019.) (Revised by AV, 4-Dec-2019.)

Hypotheses

Ref	Expression
pmatcollpwscmat.p	⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝑅)
pmatcollpwscmat.c	⊢ 𝐶 = (𝑁 Mat 𝑃)
pmatcollpwscmat.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐶)
pmatcollpwscmat.m1	⊢ ∗ = ( ·𝑠 ‘𝐶)
pmatcollpwscmat.e1	⊢ ↑ = (.g‘(mulGrp‘𝑃))
pmatcollpwscmat.x	⊢ 𝑋 = (var1‘𝑅)
pmatcollpwscmat.t	⊢ 𝑇 = (𝑁 matToPolyMat 𝑅)
pmatcollpwscmat.a	⊢ 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
pmatcollpwscmat.d	⊢ 𝐷 = (Base‘𝐴)
pmatcollpwscmat.u	⊢ 𝑈 = (algSc‘𝑃)
pmatcollpwscmat.k	⊢ 𝐾 = (Base‘𝑅)
pmatcollpwscmat.e2	⊢ 𝐸 = (Base‘𝑃)
pmatcollpwscmat.s	⊢ 𝑆 = (algSc‘𝑃)
pmatcollpwscmat.1	⊢ 1 = (1r‘𝐶)
pmatcollpwscmat.m2	⊢ 𝑀 = (𝑄 ∗ 1 )

Assertion

Ref	Expression
pmatcollpwscmat	⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → 𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑛 ↑ 𝑋) ∗ ((𝑈‘((coe1‘𝑄)‘𝑛)) ∗ 1 )))))

Distinct variable groups:   𝐵,𝑛   𝑛,𝐸   𝑛,𝑀   𝑛,𝑁   𝑃,𝑛   𝑄,𝑛   𝑅,𝑛   𝑛,𝑋   ↑ ,𝑛

Allowed substitution hints:   𝐴(𝑛)   𝐶(𝑛)   𝐷(𝑛)   𝑆(𝑛)   𝑇(𝑛)   𝑈(𝑛)   1 (𝑛)   ∗ (𝑛)   𝐾(𝑛)

Proof of Theorem pmatcollpwscmat

Step	Hyp	Ref	Expression
1		crngring 19021	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
2		pmatcollpwscmat.m2	. . . . 5 ⊢ 𝑀 = (𝑄 ∗ 1 )
3		pmatcollpwscmat.p	. . . . . 6 ⊢ 𝑃 = (Poly1‘𝑅)
4		pmatcollpwscmat.c	. . . . . 6 ⊢ 𝐶 = (𝑁 Mat 𝑃)
5		pmatcollpwscmat.b	. . . . . 6 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐶)
6		pmatcollpwscmat.e2	. . . . . 6 ⊢ 𝐸 = (Base‘𝑃)
7		pmatcollpwscmat.m1	. . . . . 6 ⊢ ∗ = ( ·𝑠 ‘𝐶)
8		pmatcollpwscmat.1	. . . . . 6 ⊢ 1 = (1r‘𝐶)
9	3, 4, 5, 6, 7, 8	1pmatscmul 21004	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → (𝑄 ∗ 1 ) ∈ 𝐵)
10	2, 9	syl5eqel 2864	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → 𝑀 ∈ 𝐵)
11	1, 10	syl3an2 1144	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → 𝑀 ∈ 𝐵)
12		pmatcollpwscmat.e1	. . . 4 ⊢ ↑ = (.g‘(mulGrp‘𝑃))
13		pmatcollpwscmat.x	. . . 4 ⊢ 𝑋 = (var1‘𝑅)
14		pmatcollpwscmat.t	. . . 4 ⊢ 𝑇 = (𝑁 matToPolyMat 𝑅)
15	3, 4, 5, 7, 12, 13, 14	pmatcollpw 21083	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → 𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑛 ↑ 𝑋) ∗ (𝑇‘(𝑀 decompPMat 𝑛))))))
16	11, 15	syld3an3 1389	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → 𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑛 ↑ 𝑋) ∗ (𝑇‘(𝑀 decompPMat 𝑛))))))
17	1	anim2i 607	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → (𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring))
18	17	3adant3 1112	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → (𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring))
19		simp3 1118	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → 𝑄 ∈ 𝐸)
20	19	anim1ci 606	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 𝑄 ∈ 𝐸))
21		pmatcollpwscmat.a	. . . . . . 7 ⊢ 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
22		pmatcollpwscmat.d	. . . . . . 7 ⊢ 𝐷 = (Base‘𝐴)
23		pmatcollpwscmat.u	. . . . . . 7 ⊢ 𝑈 = (algSc‘𝑃)
24		pmatcollpwscmat.k	. . . . . . 7 ⊢ 𝐾 = (Base‘𝑅)
25		pmatcollpwscmat.s	. . . . . . 7 ⊢ 𝑆 = (algSc‘𝑃)
26	3, 4, 5, 7, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24, 6, 25, 8, 2	pmatcollpwscmatlem2 21092	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 𝑄 ∈ 𝐸)) → (𝑇‘(𝑀 decompPMat 𝑛)) = ((𝑈‘((coe1‘𝑄)‘𝑛)) ∗ 1 ))
27	18, 20, 26	syl2an2r 672	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (𝑇‘(𝑀 decompPMat 𝑛)) = ((𝑈‘((coe1‘𝑄)‘𝑛)) ∗ 1 ))
28	27	oveq2d 6986	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((𝑛 ↑ 𝑋) ∗ (𝑇‘(𝑀 decompPMat 𝑛))) = ((𝑛 ↑ 𝑋) ∗ ((𝑈‘((coe1‘𝑄)‘𝑛)) ∗ 1 )))
29	28	mpteq2dva 5016	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑛 ↑ 𝑋) ∗ (𝑇‘(𝑀 decompPMat 𝑛)))) = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑛 ↑ 𝑋) ∗ ((𝑈‘((coe1‘𝑄)‘𝑛)) ∗ 1 ))))
30	29	oveq2d 6986	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → (𝐶 Σg (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑛 ↑ 𝑋) ∗ (𝑇‘(𝑀 decompPMat 𝑛))))) = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑛 ↑ 𝑋) ∗ ((𝑈‘((coe1‘𝑄)‘𝑛)) ∗ 1 )))))
31	16, 30	eqtrd 2808	1 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → 𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑛 ↑ 𝑋) ∗ ((𝑈‘((coe1‘𝑄)‘𝑛)) ∗ 1 )))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 387   ∧ w3a 1068   = wceq 1507   ∈ wcel 2048   ↦ cmpt 5002  ‘cfv 6182  (class class class)co 6970  Fincfn 8298  ℕ₀cn0 11700  Basecbs 16329   ·_𝑠 cvsca 16415   Σ_g cgsu 16560  ._gcmg 18001  mulGrpcmgp 18952  1_rcur 18964  Ringcrg 19010  CRingccrg 19011  algSccascl 19795  var₁cv1 20037  Poly₁cpl1 20038  coe₁cco1 20039   Mat cmat 20710   matToPolyMat cmat2pmat 21006   decompPMat cdecpmat 21064

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1758  ax-4 1772  ax-5 1869  ax-6 1928  ax-7 1964  ax-8 2050  ax-9 2057  ax-10 2077  ax-11 2091  ax-12 2104  ax-13 2299  ax-ext 2745  ax-rep 5043  ax-sep 5054  ax-nul 5061  ax-pow 5113  ax-pr 5180  ax-un 7273  ax-cnex 10383  ax-resscn 10384  ax-1cn 10385  ax-icn 10386  ax-addcl 10387  ax-addrcl 10388  ax-mulcl 10389  ax-mulrcl 10390  ax-mulcom 10391  ax-addass 10392  ax-mulass 10393  ax-distr 10394  ax-i2m1 10395  ax-1ne0 10396  ax-1rid 10397  ax-rnegex 10398  ax-rrecex 10399  ax-cnre 10400  ax-pre-lttri 10401  ax-pre-lttrn 10402  ax-pre-ltadd 10403  ax-pre-mulgt0 10404

This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 388  df-or 834  df-3or 1069  df-3an 1070  df-tru 1510  df-fal 1520  df-ex 1743  df-nf 1747  df-sb 2014  df-mo 2544  df-eu 2580  df-clab 2754  df-cleq 2765  df-clel 2840  df-nfc 2912  df-ne 2962  df-nel 3068  df-ral 3087  df-rex 3088  df-reu 3089  df-rmo 3090  df-rab 3091  df-v 3411  df-sbc 3678  df-csb 3783  df-dif 3828  df-un 3830  df-in 3832  df-ss 3839  df-pss 3841  df-nul 4174  df-if 4345  df-pw 4418  df-sn 4436  df-pr 4438  df-tp 4440  df-op 4442  df-ot 4444  df-uni 4707  df-int 4744  df-iun 4788  df-iin 4789  df-br 4924  df-opab 4986  df-mpt 5003  df-tr 5025  df-id 5305  df-eprel 5310  df-po 5319  df-so 5320  df-fr 5359  df-se 5360  df-we 5361  df-xp 5406  df-rel 5407  df-cnv 5408  df-co 5409  df-dm 5410  df-rn 5411  df-res 5412  df-ima 5413  df-pred 5980  df-ord 6026  df-on 6027  df-lim 6028  df-suc 6029  df-iota 6146  df-fun 6184  df-fn 6185  df-f 6186  df-f1 6187  df-fo 6188  df-f1o 6189  df-fv 6190  df-isom 6191  df-riota 6931  df-ov 6973  df-oprab 6974  df-mpo 6975  df-of 7221  df-ofr 7222  df-om 7391  df-1st 7494  df-2nd 7495  df-supp 7627  df-wrecs 7743  df-recs 7805  df-rdg 7843  df-1o 7897  df-2o 7898  df-oadd 7901  df-er 8081  df-map 8200  df-pm 8201  df-ixp 8252  df-en 8299  df-dom 8300  df-sdom 8301  df-fin 8302  df-fsupp 8621  df-sup 8693  df-oi 8761  df-card 9154  df-pnf 10468  df-mnf 10469  df-xr 10470  df-ltxr 10471  df-le 10472  df-sub 10664  df-neg 10665  df-nn 11432  df-2 11496  df-3 11497  df-4 11498  df-5 11499  df-6 11500  df-7 11501  df-8 11502  df-9 11503  df-n0 11701  df-z 11787  df-dec 11905  df-uz 12052  df-fz 12702  df-fzo 12843  df-seq 13178  df-hash 13499  df-struct 16331  df-ndx 16332  df-slot 16333  df-base 16335  df-sets 16336  df-ress 16337  df-plusg 16424  df-mulr 16425  df-sca 16427  df-vsca 16428  df-ip 16429  df-tset 16430  df-ple 16431  df-ds 16433  df-hom 16435  df-cco 16436  df-0g 16561  df-gsum 16562  df-prds 16567  df-pws 16569  df-mre 16705  df-mrc 16706  df-acs 16708  df-mgm 17700  df-sgrp 17742  df-mnd 17753  df-mhm 17793  df-submnd 17794  df-grp 17884  df-minusg 17885  df-sbg 17886  df-mulg 18002  df-subg 18050  df-ghm 18117  df-cntz 18208  df-cmn 18658  df-abl 18659  df-mgp 18953  df-ur 18965  df-srg 18969  df-ring 19012  df-cring 19013  df-subrg 19246  df-lmod 19348  df-lss 19416  df-sra 19656  df-rgmod 19657  df-assa 19796  df-ascl 19798  df-psr 19840  df-mvr 19841  df-mpl 19842  df-opsr 19844  df-psr1 20041  df-vr1 20042  df-ply1 20043  df-coe1 20044  df-dsmm 20568  df-frlm 20583  df-mamu 20687  df-mat 20711  df-mat2pmat 21009  df-decpmat 21065

This theorem is referenced by:  cpmidgsum  21170