Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  chp0mat Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem chp0mat 20470
 Description: The characteristic polynomial of the zero matrix. (Contributed by AV, 18-Aug-2019.)
Hypotheses
Ref Expression
chp0mat.c 𝐶 = (𝑁 CharPlyMat 𝑅)
chp0mat.p 𝑃 = (Poly1𝑅)
chp0mat.a 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
chp0mat.x 𝑋 = (var1𝑅)
chp0mat.g 𝐺 = (mulGrp‘𝑃)
chp0mat.m = (.g𝐺)
chp0mat.0 0 = (0g𝐴)
Assertion
Ref Expression
chp0mat ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → (𝐶0 ) = ((#‘𝑁) 𝑋))

Proof of Theorem chp0mat
Dummy variables 𝑖 𝑗 𝑘 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpl 472 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 𝑁 ∈ Fin)
2 simpr 476 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 𝑅 ∈ CRing)
3 crngring 18381 . . . . 5 (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
4 chp0mat.a . . . . . 6 𝐴 = (𝑁 Mat 𝑅)
54matring 20068 . . . . 5 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 𝐴 ∈ Ring)
63, 5sylan2 490 . . . 4 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 𝐴 ∈ Ring)
7 ringgrp 18375 . . . 4 (𝐴 ∈ Ring → 𝐴 ∈ Grp)
8 eqid 2610 . . . . 5 (Base‘𝐴) = (Base‘𝐴)
9 chp0mat.0 . . . . 5 0 = (0g𝐴)
108, 9grpidcl 17273 . . . 4 (𝐴 ∈ Grp → 0 ∈ (Base‘𝐴))
116, 7, 103syl 18 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 0 ∈ (Base‘𝐴))
12 eqid 2610 . . . . . . . . . 10 (0g𝑅) = (0g𝑅)
134, 12mat0op 20044 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → (0g𝐴) = (𝑥𝑁, 𝑦𝑁 ↦ (0g𝑅)))
149, 13syl5eq 2656 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ Ring) → 0 = (𝑥𝑁, 𝑦𝑁 ↦ (0g𝑅)))
153, 14sylan2 490 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 0 = (𝑥𝑁, 𝑦𝑁 ↦ (0g𝑅)))
1615adantr 480 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖𝑁𝑗𝑁)) → 0 = (𝑥𝑁, 𝑦𝑁 ↦ (0g𝑅)))
17 eqidd 2611 . . . . . 6 ((((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖𝑁𝑗𝑁)) ∧ (𝑥 = 𝑖𝑦 = 𝑗)) → (0g𝑅) = (0g𝑅))
18 simpl 472 . . . . . . 7 ((𝑖𝑁𝑗𝑁) → 𝑖𝑁)
1918adantl 481 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖𝑁𝑗𝑁)) → 𝑖𝑁)
20 simpr 476 . . . . . . 7 ((𝑖𝑁𝑗𝑁) → 𝑗𝑁)
2120adantl 481 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖𝑁𝑗𝑁)) → 𝑗𝑁)
22 fvex 6113 . . . . . . 7 (0g𝑅) ∈ V
2322a1i 11 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖𝑁𝑗𝑁)) → (0g𝑅) ∈ V)
2416, 17, 19, 21, 23ovmpt2d 6686 . . . . 5 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖𝑁𝑗𝑁)) → (𝑖 0 𝑗) = (0g𝑅))
2524a1d 25 . . . 4 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ (𝑖𝑁𝑗𝑁)) → (𝑖𝑗 → (𝑖 0 𝑗) = (0g𝑅)))
2625ralrimivva 2954 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → ∀𝑖𝑁𝑗𝑁 (𝑖𝑗 → (𝑖 0 𝑗) = (0g𝑅)))
27 chp0mat.c . . . 4 𝐶 = (𝑁 CharPlyMat 𝑅)
28 chp0mat.p . . . 4 𝑃 = (Poly1𝑅)
29 eqid 2610 . . . 4 (algSc‘𝑃) = (algSc‘𝑃)
30 chp0mat.x . . . 4 𝑋 = (var1𝑅)
31 chp0mat.g . . . 4 𝐺 = (mulGrp‘𝑃)
32 eqid 2610 . . . 4 (-g𝑃) = (-g𝑃)
3327, 28, 4, 29, 8, 30, 12, 31, 32chpdmat 20465 . . 3 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing ∧ 0 ∈ (Base‘𝐴)) ∧ ∀𝑖𝑁𝑗𝑁 (𝑖𝑗 → (𝑖 0 𝑗) = (0g𝑅))) → (𝐶0 ) = (𝐺 Σg (𝑘𝑁 ↦ (𝑋(-g𝑃)((algSc‘𝑃)‘(𝑘 0 𝑘))))))
341, 2, 11, 26, 33syl31anc 1321 . 2 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → (𝐶0 ) = (𝐺 Σg (𝑘𝑁 ↦ (𝑋(-g𝑃)((algSc‘𝑃)‘(𝑘 0 𝑘))))))
3515adantr 480 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ 𝑘𝑁) → 0 = (𝑥𝑁, 𝑦𝑁 ↦ (0g𝑅)))
36 eqidd 2611 . . . . . . . . 9 ((((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ 𝑘𝑁) ∧ (𝑥 = 𝑘𝑦 = 𝑘)) → (0g𝑅) = (0g𝑅))
37 simpr 476 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ 𝑘𝑁) → 𝑘𝑁)
3822a1i 11 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ 𝑘𝑁) → (0g𝑅) ∈ V)
3935, 36, 37, 37, 38ovmpt2d 6686 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ 𝑘𝑁) → (𝑘 0 𝑘) = (0g𝑅))
4039fveq2d 6107 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ 𝑘𝑁) → ((algSc‘𝑃)‘(𝑘 0 𝑘)) = ((algSc‘𝑃)‘(0g𝑅)))
413adantl 481 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 𝑅 ∈ Ring)
42 eqid 2610 . . . . . . . . . 10 (0g𝑃) = (0g𝑃)
4328, 29, 12, 42ply1scl0 19481 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ Ring → ((algSc‘𝑃)‘(0g𝑅)) = (0g𝑃))
4441, 43syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → ((algSc‘𝑃)‘(0g𝑅)) = (0g𝑃))
4544adantr 480 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ 𝑘𝑁) → ((algSc‘𝑃)‘(0g𝑅)) = (0g𝑃))
4640, 45eqtrd 2644 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ 𝑘𝑁) → ((algSc‘𝑃)‘(𝑘 0 𝑘)) = (0g𝑃))
4746oveq2d 6565 . . . . 5 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ 𝑘𝑁) → (𝑋(-g𝑃)((algSc‘𝑃)‘(𝑘 0 𝑘))) = (𝑋(-g𝑃)(0g𝑃)))
4828ply1ring 19439 . . . . . . . . . 10 (𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ Ring)
49 ringgrp 18375 . . . . . . . . . 10 (𝑃 ∈ Ring → 𝑃 ∈ Grp)
503, 48, 493syl 18 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ CRing → 𝑃 ∈ Grp)
5150adantl 481 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 𝑃 ∈ Grp)
52 eqid 2610 . . . . . . . . . 10 (Base‘𝑃) = (Base‘𝑃)
5330, 28, 52vr1cl 19408 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ Ring → 𝑋 ∈ (Base‘𝑃))
5441, 53syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 𝑋 ∈ (Base‘𝑃))
5551, 54jca 553 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → (𝑃 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ (Base‘𝑃)))
5655adantr 480 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ 𝑘𝑁) → (𝑃 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ (Base‘𝑃)))
5752, 42, 32grpsubid1 17323 . . . . . 6 ((𝑃 ∈ Grp ∧ 𝑋 ∈ (Base‘𝑃)) → (𝑋(-g𝑃)(0g𝑃)) = 𝑋)
5856, 57syl 17 . . . . 5 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ 𝑘𝑁) → (𝑋(-g𝑃)(0g𝑃)) = 𝑋)
5947, 58eqtrd 2644 . . . 4 (((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) ∧ 𝑘𝑁) → (𝑋(-g𝑃)((algSc‘𝑃)‘(𝑘 0 𝑘))) = 𝑋)
6059mpteq2dva 4672 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → (𝑘𝑁 ↦ (𝑋(-g𝑃)((algSc‘𝑃)‘(𝑘 0 𝑘)))) = (𝑘𝑁𝑋))
6160oveq2d 6565 . 2 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → (𝐺 Σg (𝑘𝑁 ↦ (𝑋(-g𝑃)((algSc‘𝑃)‘(𝑘 0 𝑘))))) = (𝐺 Σg (𝑘𝑁𝑋)))
6228ply1crng 19389 . . . . 5 (𝑅 ∈ CRing → 𝑃 ∈ CRing)
6331crngmgp 18378 . . . . 5 (𝑃 ∈ CRing → 𝐺 ∈ CMnd)
64 cmnmnd 18031 . . . . 5 (𝐺 ∈ CMnd → 𝐺 ∈ Mnd)
6562, 63, 643syl 18 . . . 4 (𝑅 ∈ CRing → 𝐺 ∈ Mnd)
6665adantl 481 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 𝐺 ∈ Mnd)
673, 53syl 17 . . . . 5 (𝑅 ∈ CRing → 𝑋 ∈ (Base‘𝑃))
6867adantl 481 . . . 4 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 𝑋 ∈ (Base‘𝑃))
6931, 52mgpbas 18318 . . . 4 (Base‘𝑃) = (Base‘𝐺)
7068, 69syl6eleq 2698 . . 3 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → 𝑋 ∈ (Base‘𝐺))
71 eqid 2610 . . . 4 (Base‘𝐺) = (Base‘𝐺)
72 chp0mat.m . . . 4 = (.g𝐺)
7371, 72gsumconst 18157 . . 3 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ (Base‘𝐺)) → (𝐺 Σg (𝑘𝑁𝑋)) = ((#‘𝑁) 𝑋))
7466, 1, 70, 73syl3anc 1318 . 2 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → (𝐺 Σg (𝑘𝑁𝑋)) = ((#‘𝑁) 𝑋))
7534, 61, 743eqtrd 2648 1 ((𝑁 ∈ Fin ∧ 𝑅 ∈ CRing) → (𝐶0 ) = ((#‘𝑁) 𝑋))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 383   = wceq 1475   ∈ wcel 1977   ≠ wne 2780  ∀wral 2896  Vcvv 3173   ↦ cmpt 4643  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549   ↦ cmpt2 6551  Fincfn 7841  #chash 12979  Basecbs 15695  0gc0g 15923   Σg cgsu 15924  Mndcmnd 17117  Grpcgrp 17245  -gcsg 17247  .gcmg 17363  CMndccmn 18016  mulGrpcmgp 18312  Ringcrg 18370  CRingccrg 18371  algSccascl 19132  var1cv1 19367  Poly1cpl1 19368   Mat cmat 20032   CharPlyMat cchpmat 20450 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-rep 4699  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-inf2 8421  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892  ax-addf 9894  ax-mulf 9895 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-xor 1457  df-tru 1478  df-fal 1481  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rmo 2904  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-ot 4134  df-uni 4373  df-int 4411  df-iun 4457  df-iin 4458  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-se 4998  df-we 4999  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-isom 5813  df-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-of 6795  df-ofr 6796  df-om 6958  df-1st 7059  df-2nd 7060  df-supp 7183  df-tpos 7239  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-1o 7447  df-2o 7448  df-oadd 7451  df-er 7629  df-map 7746  df-pm 7747  df-ixp 7795  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-fsupp 8159  df-sup 8231  df-oi 8298  df-card 8648  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-div 10564  df-nn 10898  df-2 10956  df-3 10957  df-4 10958  df-5 10959  df-6 10960  df-7 10961  df-8 10962  df-9 10963  df-n0 11170  df-xnn0 11241  df-z 11255  df-dec 11370  df-uz 11564  df-rp 11709  df-fz 12198  df-fzo 12335  df-seq 12664  df-exp 12723  df-hash 12980  df-word 13154  df-lsw 13155  df-concat 13156  df-s1 13157  df-substr 13158  df-splice 13159  df-reverse 13160  df-s2 13444  df-struct 15697  df-ndx 15698  df-slot 15699  df-base 15700  df-sets 15701  df-ress 15702  df-plusg 15781  df-mulr 15782  df-starv 15783  df-sca 15784  df-vsca 15785  df-ip 15786  df-tset 15787  df-ple 15788  df-ds 15791  df-unif 15792  df-hom 15793  df-cco 15794  df-0g 15925  df-gsum 15926  df-prds 15931  df-pws 15933  df-mre 16069  df-mrc 16070  df-acs 16072  df-mgm 17065  df-sgrp 17107  df-mnd 17118  df-mhm 17158  df-submnd 17159  df-grp 17248  df-minusg 17249  df-sbg 17250  df-mulg 17364  df-subg 17414  df-ghm 17481  df-gim 17524  df-cntz 17573  df-oppg 17599  df-symg 17621  df-pmtr 17685  df-psgn 17734  df-cmn 18018  df-abl 18019  df-mgp 18313  df-ur 18325  df-ring 18372  df-cring 18373  df-oppr 18446  df-dvdsr 18464  df-unit 18465  df-invr 18495  df-dvr 18506  df-rnghom 18538  df-drng 18572  df-subrg 18601  df-lmod 18688  df-lss 18754  df-sra 18993  df-rgmod 18994  df-ascl 19135  df-psr 19177  df-mvr 19178  df-mpl 19179  df-opsr 19181  df-psr1 19371  df-vr1 19372  df-ply1 19373  df-cnfld 19568  df-zring 19638  df-zrh 19671  df-dsmm 19895  df-frlm 19910  df-mamu 20009  df-mat 20033  df-mdet 20210  df-mat2pmat 20331  df-chpmat 20451 This theorem is referenced by: (None)
 Copyright terms: Public domain W3C validator