Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  1arithufd Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem 1arithufd 34150
Description: Existence of a factorization into irreducible elements in a unique factorization domain. Any nonzero, non-unit element 𝑋 of a UFD 𝑅 can be written as a product of primes 𝑓. As shown in 1arithidom 34139, that factorization is unique, up to the order of the factors and multiplication by units. (Contributed by Thierry Arnoux, 3-Jun-2025.)
Hypotheses
Ref Expression
1arithufd.b 𝐵 = (Base‘𝑅)
1arithufd.0 0 = (0g‘𝑅)
1arithufd.u 𝑈 = (Unit‘𝑅)
1arithufd.p 𝑃 = (RPrime‘𝑅)
1arithufd.m 𝑀 = (mulGrp‘𝑅)
1arithufd.r (𝜑 → 𝑅 ∈ UFD)
1arithufd.x (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝐵)
1arithufd.2 (𝜑 → ¬ 𝑋 ∈ 𝑈)
1arithufd.3 (𝜑 → 𝑋 ≠ 0 )
Assertion
Ref Expression
1arithufd (𝜑 → ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑋 = (𝑀 Σg 𝑓))
Distinct variable groups:   0 ,𝑓   𝑓,𝑀   𝑃,𝑓   𝑅,𝑓   𝜑,𝑓   𝐵,𝑓   𝑈,𝑓   𝑓,𝑋

Proof of Theorem 1arithufd
Dummy variables 𝑥 𝑔 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpr 490 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑅 ∈ DivRing) → 𝑅 ∈ DivRing)
2 1arithufd.x . . . . 5 (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝐵)
32adantr 486 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑅 ∈ DivRing) → 𝑋 ∈ 𝐵)
4 1arithufd.3 . . . . 5 (𝜑 → 𝑋 ≠ 0 )
54adantr 486 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑅 ∈ DivRing) → 𝑋 ≠ 0 )
6 1arithufd.b . . . . . 6 𝐵 = (Base‘𝑅)
7 1arithufd.u . . . . . 6 𝑈 = (Unit‘𝑅)
8 1arithufd.0 . . . . . 6 0 = (0g‘𝑅)
96, 7, 8drngunit 21015 . . . . 5 (𝑅 ∈ DivRing → (𝑋 ∈ 𝑈 ↔ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑋 ≠ 0 )))
109biimpar 483 . . . 4 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → 𝑋 ∈ 𝑈)
111, 3, 5, 10syl12anc 850 . . 3 ((𝜑 ∧ 𝑅 ∈ DivRing) → 𝑋 ∈ 𝑈)
12 1arithufd.2 . . . 4 (𝜑 → ¬ 𝑋 ∈ 𝑈)
1312adantr 486 . . 3 ((𝜑 ∧ 𝑅 ∈ DivRing) → ¬ 𝑋 ∈ 𝑈)
1411, 13pm2.21dd 198 . 2 ((𝜑 ∧ 𝑅 ∈ DivRing) → ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑋 = (𝑀 Σg 𝑓))
15 1arithufd.p . . . . 5 𝑃 = (RPrime‘𝑅)
16 1arithufd.m . . . . 5 𝑀 = (mulGrp‘𝑅)
17 1arithufd.r . . . . . 6 (𝜑 → 𝑅 ∈ UFD)
1817adantr 486 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑅 ∈ DivRing) → 𝑅 ∈ UFD)
19 simpr 490 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑅 ∈ DivRing) → ¬ 𝑅 ∈ DivRing)
20 eqeq1 2767 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑥 → (𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ 𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)))
2120rexbidv 3190 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑥 → (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)))
2221cbvrabv 3426 . . . . . 6 {𝑦 ∈ 𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓)} = {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)}
23 oveq2 7451 . . . . . . . 8 (𝑓 = 𝑔 → (𝑀 Σg 𝑓) = (𝑀 Σg 𝑔))
2423eqeq2d 2774 . . . . . . 7 (𝑓 = 𝑔 → (𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ 𝑥 = (𝑀 Σg 𝑔)))
2524cbvrexvw 3245 . . . . . 6 (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑔 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑔))
2622, 25rabbieq 3424 . . . . 5 {𝑦 ∈ 𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓)} = {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ∃𝑔 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑔)}
272adantr 486 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑅 ∈ DivRing) → 𝑋 ∈ 𝐵)
2812adantr 486 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑅 ∈ DivRing) → ¬ 𝑋 ∈ 𝑈)
294adantr 486 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑅 ∈ DivRing) → 𝑋 ≠ 0 )
306, 8, 7, 15, 16, 18, 19, 26, 27, 28, 291arithufdlem4 34149 . . . 4 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑅 ∈ DivRing) → 𝑋 ∈ {𝑦 ∈ 𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓)})
31 eqeq1 2767 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑋 → (𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ 𝑋 = (𝑀 Σg 𝑓)))
3231rexbidv 3190 . . . . 5 (𝑦 = 𝑋 → (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑋 = (𝑀 Σg 𝑓)))
3332elrab 3648 . . . 4 (𝑋 ∈ {𝑦 ∈ 𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓)} ↔ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑋 = (𝑀 Σg 𝑓)))
3430, 33sylib 221 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑅 ∈ DivRing) → (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑋 = (𝑀 Σg 𝑓)))
3534simprd 501 . 2 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑅 ∈ DivRing) → ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑋 = (𝑀 Σg 𝑓))
3614, 35pm2.61dan 825 1 (𝜑 → ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑋 = (𝑀 Σg 𝑓))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959  ∃wrex 3090  {crab 3416  ‘cfv 6558  (class class class)co 7443  Word cword 14685  Basecbs 17416  0gc0g 17639   Σg cgsu 17640  mulGrpcmgp 20390  Unitcui 20615  RPrimecrpm 20692  DivRingcdr 21010  UFDcufd 34140
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7775  ax-ac2 10568  ax-cnex 11283  ax-resscn 11284  ax-1cn 11285  ax-icn 11286  ax-addcl 11287  ax-addrcl 11288  ax-mulcl 11289  ax-mulrcl 11290  ax-mulcom 11291  ax-addass 11292  ax-mulass 11293  ax-distr 11294  ax-i2m1 11295  ax-1ne0 11296  ax-1rid 11297  ax-rnegex 11298  ax-rrecex 11299  ax-cnre 11300  ax-pre-lttri 11301  ax-pre-lttrn 11302  ax-pre-ltadd 11303  ax-pre-mulgt0 11304
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-se 5609  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6322  df-ord 6383  df-on 6384  df-lim 6385  df-suc 6386  df-iota 6512  df-fun 6560  df-fn 6561  df-f 6562  df-f1 6563  df-fo 6564  df-f1o 6565  df-fv 6566  df-isom 6567  df-riota 7400  df-ov 7446  df-oprab 7447  df-mpo 7448  df-rpss 7763  df-om 7902  df-1st 8025  df-2nd 8026  df-supp 8205  df-tpos 8271  df-frecs 8327  df-wrecs 8358  df-recs 8407  df-rdg 8446  df-1o 8504  df-oadd 8508  df-er 8745  df-en 9002  df-dom 9003  df-sdom 9004  df-fin 9005  df-fsupp 9382  df-oi 9531  df-dju 10009  df-card 10047  df-ac 10222  df-pnf 11372  df-mnf 11373  df-xr 11374  df-ltxr 11375  df-le 11376  df-sub 11570  df-neg 11571  df-nn 12363  df-2 12432  df-3 12433  df-4 12434  df-5 12435  df-6 12436  df-7 12437  df-8 12438  df-n0 12634  df-xnn0 12707  df-z 12721  df-uz 12993  df-fz 13667  df-fzo 13816  df-seq 14172  df-hash 14502  df-word 14686  df-lsw 14735  df-concat 14743  df-s1 14770  df-substr 14817  df-pfx 14849  df-sets 17371  df-slot 17389  df-ndx 17401  df-base 17417  df-ress 17438  df-plusg 17470  df-mulr 17471  df-sca 17473  df-vsca 17474  df-ip 17475  df-0g 17641  df-gsum 17642  df-mgm 18845  df-sgrp 18937  df-mnd 18953  df-submnd 19008  df-grp 19176  df-minusg 19177  df-sbg 19178  df-subg 19362  df-cntz 19561  df-lsm 19880  df-cmn 20026  df-abl 20027  df-mgp 20391  df-rng 20405  df-ur 20438  df-ring 20491  df-cring 20492  df-oppr 20597  df-dvdsr 20617  df-unit 20618  df-invr 20648  df-rprm 20693  df-nzr 20793  df-subrg 20852  df-domn 20977  df-idom 20978  df-drng 21012  df-lmod 21167  df-lss 21237  df-lsp 21277  df-sra 21478  df-rgmod 21479  df-lidl 21516  df-rsp 21517  df-prmidl 21647  df-ufd 34141
This theorem is used by:  dfufd2  34152
  Copyright terms: Public domain W3C validator