Theorem pmatcollpwscmat 22613

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 20146	. . . 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 22524	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → (𝑄 ∗ 1 ) ∈ 𝐵)
10	2, 9	eqeltrid 2836	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → 𝑀 ∈ 𝐵)
11	1, 10	syl3an2 1163	. . 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 22603	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑀 ∈ 𝐵) → 𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑛 ↑ 𝑋) ∗ (𝑇‘(𝑀 decompPMat 𝑛))))))
16	11, 15	syld3an3 1408	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → 𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑛 ↑ 𝑋) ∗ (𝑇‘(𝑀 decompPMat 𝑛))))))
17	1	anim2i 616	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → (𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring))
18	17	3adant3 1131	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → (𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring))
19		simp3 1137	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → 𝑄 ∈ 𝐸)
20	19	anim1ci 615	. . . . . 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 22612	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 𝑄 ∈ 𝐸)) → (𝑇‘(𝑀 decompPMat 𝑛)) = ((𝑈‘((coe1‘𝑄)‘𝑛)) ∗ 1 ))
27	18, 20, 26	syl2an2r 682	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (𝑇‘(𝑀 decompPMat 𝑛)) = ((𝑈‘((coe1‘𝑄)‘𝑛)) ∗ 1 ))
28	27	oveq2d 7428	. . . 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 5248	. . 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 7428	. 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 2771	1 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑄 ∈ 𝐸) → 𝑀 = (𝐶 Σg (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝑛 ↑ 𝑋) ∗ ((𝑈‘((coe1‘𝑄)‘𝑛)) ∗ 1 )))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   ∧ w3a 1086   = wceq 1540   ∈ wcel 2105   ↦ cmpt 5231  ‘cfv 6543  (class class class)co 7412  Fincfn 8945  ℕ₀cn0 12479  Basecbs 17151   ·_𝑠 cvsca 17208   Σ_g cgsu 17393  ._gcmg 18993  mulGrpcmgp 20035  1_rcur 20082  Ringcrg 20134  CRingccrg 20135  algSccascl 21717  var₁cv1 22019  Poly₁cpl1 22020  coe₁cco1 22021   Mat cmat 22227   matToPolyMat cmat2pmat 22526   decompPMat cdecpmat 22584

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1912  ax-6 1970  ax-7 2010  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2136  ax-11 2153  ax-12 2170  ax-ext 2702  ax-rep 5285  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5363  ax-pr 5427  ax-un 7729  ax-cnex 11172  ax-resscn 11173  ax-1cn 11174  ax-icn 11175  ax-addcl 11176  ax-addrcl 11177  ax-mulcl 11178  ax-mulrcl 11179  ax-mulcom 11180  ax-addass 11181  ax-mulass 11182  ax-distr 11183  ax-i2m1 11184  ax-1ne0 11185  ax-1rid 11186  ax-rnegex 11187  ax-rrecex 11188  ax-cnre 11189  ax-pre-lttri 11190  ax-pre-lttrn 11191  ax-pre-ltadd 11192  ax-pre-mulgt0 11193

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2067  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2709  df-cleq 2723  df-clel 2809  df-nfc 2884  df-ne 2940  df-nel 3046  df-ral 3061  df-rex 3070  df-rmo 3375  df-reu 3376  df-rab 3432  df-v 3475  df-sbc 3778  df-csb 3894  df-dif 3951  df-un 3953  df-in 3955  df-ss 3965  df-pss 3967  df-nul 4323  df-if 4529  df-pw 4604  df-sn 4629  df-pr 4631  df-tp 4633  df-op 4635  df-ot 4637  df-uni 4909  df-int 4951  df-iun 4999  df-iin 5000  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5574  df-eprel 5580  df-po 5588  df-so 5589  df-fr 5631  df-se 5632  df-we 5633  df-xp 5682  df-rel 5683  df-cnv 5684  df-co 5685  df-dm 5686  df-rn 5687  df-res 5688  df-ima 5689  df-pred 6300  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6495  df-fun 6545  df-fn 6546  df-f 6547  df-f1 6548  df-fo 6549  df-f1o 6550  df-fv 6551  df-isom 6552  df-riota 7368  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-of 7674  df-ofr 7675  df-om 7860  df-1st 7979  df-2nd 7980  df-supp 8152  df-frecs 8272  df-wrecs 8303  df-recs 8377  df-rdg 8416  df-1o 8472  df-er 8709  df-map 8828  df-pm 8829  df-ixp 8898  df-en 8946  df-dom 8947  df-sdom 8948  df-fin 8949  df-fsupp 9368  df-sup 9443  df-oi 9511  df-card 9940  df-pnf 11257  df-mnf 11258  df-xr 11259  df-ltxr 11260  df-le 11261  df-sub 11453  df-neg 11454  df-nn 12220  df-2 12282  df-3 12283  df-4 12284  df-5 12285  df-6 12286  df-7 12287  df-8 12288  df-9 12289  df-n0 12480  df-z 12566  df-dec 12685  df-uz 12830  df-fz 13492  df-fzo 13635  df-seq 13974  df-hash 14298  df-struct 17087  df-sets 17104  df-slot 17122  df-ndx 17134  df-base 17152  df-ress 17181  df-plusg 17217  df-mulr 17218  df-sca 17220  df-vsca 17221  df-ip 17222  df-tset 17223  df-ple 17224  df-ds 17226  df-hom 17228  df-cco 17229  df-0g 17394  df-gsum 17395  df-prds 17400  df-pws 17402  df-mre 17537  df-mrc 17538  df-acs 17540  df-mgm 18571  df-sgrp 18650  df-mnd 18666  df-mhm 18711  df-submnd 18712  df-grp 18864  df-minusg 18865  df-sbg 18866  df-mulg 18994  df-subg 19046  df-ghm 19135  df-cntz 19229  df-cmn 19698  df-abl 19699  df-mgp 20036  df-rng 20054  df-ur 20083  df-srg 20088  df-ring 20136  df-cring 20137  df-subrng 20442  df-subrg 20467  df-lmod 20704  df-lss 20775  df-sra 21019  df-rgmod 21020  df-dsmm 21597  df-frlm 21612  df-assa 21718  df-ascl 21720  df-psr 21772  df-mvr 21773  df-mpl 21774  df-opsr 21776  df-psr1 22023  df-vr1 22024  df-ply1 22025  df-coe1 22026  df-mamu 22206  df-mat 22228  df-mat2pmat 22529  df-decpmat 22585

This theorem is referenced by:  cpmidgsum  22690