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 34062
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 34051, 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 20965 . . . . 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 2765 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑥 → (𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ 𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)))
2120rexbidv 3187 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑥 → (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)))
2221cbvrabv 3423 . . . . . 6 {𝑦 ∈ 𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓)} = {𝑥 ∈ 𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)}
23 oveq2 7420 . . . . . . . 8 (𝑓 = 𝑔 → (𝑀 Σg 𝑓) = (𝑀 Σg 𝑔))
2423eqeq2d 2772 . . . . . . 7 (𝑓 = 𝑔 → (𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ 𝑥 = (𝑀 Σg 𝑔)))
2524cbvrexvw 3242 . . . . . 6 (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑔 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑔))
2622, 25rabbieq 3421 . . . . 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 34061 . . . 4 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑅 ∈ DivRing) → 𝑋 ∈ {𝑦 ∈ 𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓)})
31 eqeq1 2765 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑋 → (𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ 𝑋 = (𝑀 Σg 𝑓)))
3231rexbidv 3187 . . . . 5 (𝑦 = 𝑋 → (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑦 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑋 = (𝑀 Σg 𝑓)))
3332elrab 3645 . . . 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 2145   ≠ wne 2956  ∃wrex 3087  {crab 3413  ‘cfv 6531  (class class class)co 7412  Word cword 14638  Basecbs 17367  0gc0g 17590   Σg cgsu 17591  mulGrpcmgp 20340  Unitcui 20565  RPrimecrpm 20642  DivRingcdr 20960  UFDcufd 34052
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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7740  ax-ac2 10522  ax-cnex 11237  ax-resscn 11238  ax-1cn 11239  ax-icn 11240  ax-addcl 11241  ax-addrcl 11242  ax-mulcl 11243  ax-mulrcl 11244  ax-mulcom 11245  ax-addass 11246  ax-mulass 11247  ax-distr 11248  ax-i2m1 11249  ax-1ne0 11250  ax-1rid 11251  ax-rnegex 11252  ax-rrecex 11253  ax-cnre 11254  ax-pre-lttri 11255  ax-pre-lttrn 11256  ax-pre-ltadd 11257  ax-pre-mulgt0 11258
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 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-se 5605  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6297  df-ord 6358  df-on 6359  df-lim 6360  df-suc 6361  df-iota 6487  df-fun 6533  df-fn 6534  df-f 6535  df-f1 6536  df-fo 6537  df-f1o 6538  df-fv 6539  df-isom 6540  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-rpss 7728  df-om 7867  df-1st 7990  df-2nd 7991  df-supp 8162  df-tpos 8227  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8363  df-rdg 8402  df-1o 8460  df-oadd 8464  df-er 8701  df-en 8958  df-dom 8959  df-sdom 8960  df-fin 8961  df-fsupp 9338  df-oi 9488  df-dju 9963  df-card 10001  df-ac 10176  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11524  df-neg 11525  df-nn 12317  df-2 12386  df-3 12387  df-4 12388  df-5 12389  df-6 12390  df-7 12391  df-8 12392  df-n0 12588  df-xnn0 12661  df-z 12675  df-uz 12947  df-fz 13621  df-fzo 13769  df-seq 14125  df-hash 14455  df-word 14639  df-lsw 14688  df-concat 14696  df-s1 14723  df-substr 14769  df-pfx 14801  df-sets 17322  df-slot 17340  df-ndx 17352  df-base 17368  df-ress 17389  df-plusg 17421  df-mulr 17422  df-sca 17424  df-vsca 17425  df-ip 17426  df-0g 17592  df-gsum 17593  df-mgm 18796  df-sgrp 18888  df-mnd 18904  df-submnd 18959  df-grp 19127  df-minusg 19128  df-sbg 19129  df-subg 19313  df-cntz 19511  df-lsm 19830  df-cmn 19976  df-abl 19977  df-mgp 20341  df-rng 20355  df-ur 20388  df-ring 20441  df-cring 20442  df-oppr 20547  df-dvdsr 20567  df-unit 20568  df-invr 20598  df-rprm 20643  df-nzr 20743  df-subrg 20802  df-domn 20927  df-idom 20928  df-drng 20962  df-lmod 21117  df-lss 21187  df-lsp 21227  df-sra 21428  df-rgmod 21429  df-lidl 21466  df-rsp 21467  df-prmidl 21597  df-ufd 34053
This theorem is used by:  dfufd2  34064
  Copyright terms: Public domain W3C validator