Theorem scmatsgrp1 22640

Description: The set of scalar matrices is a subgroup of the group/ring of diagonal matrices. (Contributed by AV, 21-Aug-2019.)

Hypotheses

Ref	Expression
scmatid.a	⊢ 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
scmatid.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐴)
scmatid.e	⊢ 𝐸 = (Base‘𝑅)
scmatid.0	⊢ 0 = (0g‘𝑅)
scmatid.s	⊢ 𝑆 = (𝑁 ScMat 𝑅)
scmatsgrp1.d	⊢ 𝐷 = (𝑁 DMat 𝑅)
scmatsgrp1.c	⊢ 𝐶 = (𝐴 ↾s 𝐷)

Assertion

Ref	Expression
scmatsgrp1	⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐶))

Proof of Theorem scmatsgrp1

Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		scmatid.a	. . . . 5 ⊢ 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
2		scmatid.b	. . . . 5 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐴)
3		scmatid.e	. . . . 5 ⊢ 𝐸 = (Base‘𝑅)
4		scmatid.0	. . . . 5 ⊢ 0 = (0g‘𝑅)
5		scmatid.s	. . . . 5 ⊢ 𝑆 = (𝑁 ScMat 𝑅)
6		scmatsgrp1.d	. . . . 5 ⊢ 𝐷 = (𝑁 DMat 𝑅)
7	1, 2, 3, 4, 5, 6	scmatdmat 22633	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑥 ∈ 𝑆 → 𝑥 ∈ 𝐷))
8	7	ssrdv 3945	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑆 ⊆ 𝐷)
9	1, 2, 4, 6	dmatsgrp 22617	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑁 ∈ Fin) → 𝐷 ∈ (SubGrp‘𝐴))
10	9	ancoms 463	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐷 ∈ (SubGrp‘𝐴))
11		scmatsgrp1.c	. . . . . 6 ⊢ 𝐶 = (𝐴 ↾s 𝐷)
12	11	subgbas 19187	. . . . 5 ⊢ (𝐷 ∈ (SubGrp‘𝐴) → 𝐷 = (Base‘𝐶))
13	12	eqcomd 2771	. . . 4 ⊢ (𝐷 ∈ (SubGrp‘𝐴) → (Base‘𝐶) = 𝐷)
14	10, 13	syl 18	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (Base‘𝐶) = 𝐷)
15	8, 14	sseqtrrd 3976	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑆 ⊆ (Base‘𝐶))
16	1, 2, 3, 4, 5	scmatid 22632	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (1r‘𝐴) ∈ 𝑆)
17	16	ne0d 4297	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑆 ≠ ∅)
18	10	adantr 485	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → 𝐷 ∈ (SubGrp‘𝐴))
19	7	com12 33	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ 𝑆 → ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑥 ∈ 𝐷))
20	19	adantr 485	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆) → ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑥 ∈ 𝐷))
21	20	impcom 412	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → 𝑥 ∈ 𝐷)
22	1, 2, 3, 4, 5, 6	scmatdmat 22633	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑦 ∈ 𝑆 → 𝑦 ∈ 𝐷))
23	22	a1d 26	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑥 ∈ 𝑆 → (𝑦 ∈ 𝑆 → 𝑦 ∈ 𝐷)))
24	23	imp32 423	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → 𝑦 ∈ 𝐷)
25		eqid 2765	. . . . . . 7 ⊢ (-g‘𝐴) = (-g‘𝐴)
26		eqid 2765	. . . . . . 7 ⊢ (-g‘𝐶) = (-g‘𝐶)
27	25, 11, 26	subgsub 19196	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ (SubGrp‘𝐴) ∧ 𝑥 ∈ 𝐷 ∧ 𝑦 ∈ 𝐷) → (𝑥(-g‘𝐴)𝑦) = (𝑥(-g‘𝐶)𝑦))
28	27	eqcomd 2771	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ (SubGrp‘𝐴) ∧ 𝑥 ∈ 𝐷 ∧ 𝑦 ∈ 𝐷) → (𝑥(-g‘𝐶)𝑦) = (𝑥(-g‘𝐴)𝑦))
29	18, 21, 24, 28	syl3anc 1394	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (𝑥(-g‘𝐶)𝑦) = (𝑥(-g‘𝐴)𝑦))
30	1, 2, 3, 4, 5	scmatsubcl 22635	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (𝑥(-g‘𝐴)𝑦) ∈ 𝑆)
31	29, 30	eqeltrd 2865	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (𝑥(-g‘𝐶)𝑦) ∈ 𝑆)
32	31	ralrimivva 3208	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → ∀𝑥 ∈ 𝑆 ∀𝑦 ∈ 𝑆 (𝑥(-g‘𝐶)𝑦) ∈ 𝑆)
33	1, 2, 4, 6	dmatsrng 22619	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑁 ∈ Fin) → 𝐷 ∈ (SubRing‘𝐴))
34	33	ancoms 463	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐷 ∈ (SubRing‘𝐴))
35	11	subrgring 20650	. . 3 ⊢ (𝐷 ∈ (SubRing‘𝐴) → 𝐶 ∈ Ring)
36		ringgrp 20311	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ Ring → 𝐶 ∈ Grp)
37		eqid 2765	. . . 4 ⊢ (Base‘𝐶) = (Base‘𝐶)
38	37, 26	issubg4 19203	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ Grp → (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐶) ↔ (𝑆 ⊆ (Base‘𝐶) ∧ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑆 ∀𝑦 ∈ 𝑆 (𝑥(-g‘𝐶)𝑦) ∈ 𝑆)))
39	34, 35, 36, 38	4syl 20	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐶) ↔ (𝑆 ⊆ (Base‘𝐶) ∧ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑆 ∀𝑦 ∈ 𝑆 (𝑥(-g‘𝐶)𝑦) ∈ 𝑆)))
40	15, 17, 32, 39	mpbir3and 1359	1 ⊢ ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝑆 ∈ (SubGrp‘𝐶))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 400   ∧ w3a 1101   = wceq 1563   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2960  ∀wral 3079   ⊆ wss 3907  ∅c0 4288  ‘cfv 6525  (class class class)co 7400  Fincfn 8931  Basecbs 17259   ↾_s cress 17280  0_gc0g 17482  Grpcgrp 18990  -_gcsg 18992  SubGrpcsubg 19177  1_rcur 20254  Ringcrg 20306  SubRingcsubrg 20645   Mat cmat 22525   DMat cdmat 22606   ScMat cscmat 22607

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1818  ax-4 1832  ax-5 1933  ax-6 1990  ax-7 2031  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2215  ax-ext 2737  ax-rep 5232  ax-sep 5251  ax-nul 5261  ax-pow 5327  ax-pr 5395  ax-un 7722  ax-cnex 11144  ax-resscn 11145  ax-1cn 11146  ax-icn 11147  ax-addcl 11148  ax-addrcl 11149  ax-mulcl 11150  ax-mulrcl 11151  ax-mulcom 11152  ax-addass 11153  ax-mulass 11154  ax-distr 11155  ax-i2m1 11156  ax-1ne0 11157  ax-1rid 11158  ax-rnegex 11159  ax-rrecex 11160  ax-cnre 11161  ax-pre-lttri 11162  ax-pre-lttrn 11163  ax-pre-ltadd 11164  ax-pre-mulgt0 11165

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1566  df-fal 1576  df-ex 1803  df-nf 1807  df-sb 2094  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3370  df-reu 3371  df-rab 3418  df-v 3459  df-sbc 3748  df-csb 3856  df-dif 3910  df-un 3912  df-in 3914  df-ss 3924  df-pss 3927  df-nul 4289  df-if 4484  df-pw 4560  df-sn 4586  df-pr 4588  df-tp 4590  df-op 4592  df-ot 4594  df-uni 4869  df-int 4909  df-iun 4954  df-iin 4955  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5547  df-eprel 5552  df-po 5560  df-so 5561  df-fr 5605  df-se 5606  df-we 5607  df-xp 5658  df-rel 5659  df-cnv 5660  df-co 5661  df-dm 5662  df-rn 5663  df-res 5664  df-ima 5665  df-pred 6292  df-ord 6353  df-on 6354  df-lim 6355  df-suc 6356  df-iota 6481  df-fun 6527  df-fn 6528  df-f 6529  df-f1 6530  df-fo 6531  df-f1o 6532  df-fv 6533  df-isom 6534  df-riota 7357  df-ov 7403  df-oprab 7404  df-mpo 7405  df-of 7664  df-om 7851  df-1st 7974  df-2nd 7975  df-supp 8145  df-frecs 8266  df-wrecs 8297  df-recs 8346  df-rdg 8385  df-1o 8441  df-2o 8442  df-er 8682  df-map 8814  df-ixp 8884  df-en 8932  df-dom 8933  df-sdom 8934  df-fin 8935  df-fsupp 9310  df-sup 9390  df-oi 9460  df-card 9913  df-pnf 11233  df-mnf 11234  df-xr 11235  df-ltxr 11236  df-le 11237  df-sub 11431  df-neg 11432  df-nn 12225  df-2 12294  df-3 12295  df-4 12296  df-5 12297  df-6 12298  df-7 12299  df-8 12300  df-9 12301  df-n0 12496  df-z 12583  df-dec 12703  df-uz 12854  df-fz 13527  df-fzo 13674  df-seq 14029  df-hash 14358  df-struct 17197  df-sets 17214  df-slot 17232  df-ndx 17244  df-base 17260  df-ress 17281  df-plusg 17313  df-mulr 17314  df-sca 17316  df-vsca 17317  df-ip 17318  df-tset 17319  df-ple 17320  df-ds 17322  df-hom 17324  df-cco 17325  df-0g 17484  df-gsum 17485  df-prds 17490  df-pws 17492  df-mre 17628  df-mrc 17629  df-acs 17631  df-mgm 18688  df-sgrp 18767  df-mnd 18783  df-mhm 18831  df-submnd 18832  df-grp 18993  df-minusg 18994  df-sbg 18995  df-mulg 19125  df-subg 19180  df-ghm 19275  df-cntz 19378  df-cmn 19843  df-abl 19844  df-mgp 20208  df-rng 20222  df-ur 20255  df-ring 20308  df-subrng 20622  df-subrg 20646  df-lmod 20952  df-lss 21022  df-sra 21263  df-rgmod 21264  df-dsmm 21842  df-frlm 21857  df-mamu 22509  df-mat 22526  df-dmat 22608  df-scmat 22609

This theorem is referenced by:  scmatsrng1  22641