Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  1arithufdlem4 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem 1arithufdlem4 33622
Description: Lemma for 1arithufd 33623. Nonzero ring, non-field case. Those trivial cases are handled in the final proof. (Contributed by Thierry Arnoux, 3-Jun-2025.)
Hypotheses
Ref Expression
1arithufd.b 𝐵 = (Base‘𝑅)
1arithufd.0 0 = (0g𝑅)
1arithufd.u 𝑈 = (Unit‘𝑅)
1arithufd.p 𝑃 = (RPrime‘𝑅)
1arithufd.m 𝑀 = (mulGrp‘𝑅)
1arithufd.r (𝜑𝑅 ∈ UFD)
1arithufdlem.2 (𝜑 → ¬ 𝑅 ∈ DivRing)
1arithufdlem.s 𝑆 = {𝑥𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)}
1arithufdlem.3 (𝜑𝑋𝐵)
1arithufdlem.4 (𝜑 → ¬ 𝑋𝑈)
1arithufdlem.5 (𝜑𝑋0 )
Assertion
Ref Expression
1arithufdlem4 (𝜑𝑋𝑆)
Distinct variable groups:   0 ,𝑓   𝑥,𝐵   𝑓,𝑀,𝑥   𝑃,𝑓,𝑥   𝑅,𝑓   𝜑,𝑓,𝑥   𝑥,𝑋   𝑥,𝑈   𝑥,𝑅   𝑥,𝑆   𝑥, 0   𝑈,𝑓   𝐵,𝑓   𝑓,𝑋   𝑆,𝑓

Proof of Theorem 1arithufdlem4
Dummy variables 𝑝 𝑖 𝑗 𝑢 𝑎 𝑏 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 eqeq1 2741 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑎 → (𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ 𝑎 = (𝑀 Σg 𝑓)))
21rexbidv 3162 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑎 → (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑎 = (𝑀 Σg 𝑓)))
3 eqcom 2744 . . . . . . . . 9 (𝑎 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ (𝑀 Σg 𝑓) = 𝑎)
43rexbii 3085 . . . . . . . 8 (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑎 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃(𝑀 Σg 𝑓) = 𝑎)
52, 4bitrdi 287 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑎 → (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃(𝑀 Σg 𝑓) = 𝑎))
6 1arithufd.b . . . . . . . 8 𝐵 = (Base‘𝑅)
7 1arithufd.p . . . . . . . 8 𝑃 = (RPrime‘𝑅)
8 1arithufd.r . . . . . . . . 9 (𝜑𝑅 ∈ UFD)
98adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎𝑃) → 𝑅 ∈ UFD)
10 simpr 484 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎𝑃) → 𝑎𝑃)
116, 7, 9, 10rprmcl 33593 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎𝑃) → 𝑎𝐵)
12 oveq2 7368 . . . . . . . . 9 (𝑓 = ⟨“𝑎”⟩ → (𝑀 Σg 𝑓) = (𝑀 Σg ⟨“𝑎”⟩))
1312eqeq1d 2739 . . . . . . . 8 (𝑓 = ⟨“𝑎”⟩ → ((𝑀 Σg 𝑓) = 𝑎 ↔ (𝑀 Σg ⟨“𝑎”⟩) = 𝑎))
1410s1cld 14557 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎𝑃) → ⟨“𝑎”⟩ ∈ Word 𝑃)
15 1arithufd.m . . . . . . . . . . 11 𝑀 = (mulGrp‘𝑅)
1615, 6mgpbas 20117 . . . . . . . . . 10 𝐵 = (Base‘𝑀)
1716gsumws1 18797 . . . . . . . . 9 (𝑎𝐵 → (𝑀 Σg ⟨“𝑎”⟩) = 𝑎)
1811, 17syl 17 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎𝑃) → (𝑀 Σg ⟨“𝑎”⟩) = 𝑎)
1913, 14, 18rspcedvdw 3568 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎𝑃) → ∃𝑓 ∈ Word 𝑃(𝑀 Σg 𝑓) = 𝑎)
205, 11, 19elrabd 3637 . . . . . 6 ((𝜑𝑎𝑃) → 𝑎 ∈ {𝑥𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)})
21 1arithufdlem.s . . . . . 6 𝑆 = {𝑥𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)}
2220, 21eleqtrrdi 2848 . . . . 5 ((𝜑𝑎𝑃) → 𝑎𝑆)
2322ex 412 . . . 4 (𝜑 → (𝑎𝑃𝑎𝑆))
2423ssrdv 3928 . . 3 (𝜑𝑃𝑆)
2524adantr 480 . 2 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → 𝑃𝑆)
26 anass 468 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ↔ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖))))
27 ineq2 4155 . . . . . . . . . . 11 (𝑝 = 𝑖 → (𝑆𝑝) = (𝑆𝑖))
2827eqeq1d 2739 . . . . . . . . . 10 (𝑝 = 𝑖 → ((𝑆𝑝) = ∅ ↔ (𝑆𝑖) = ∅))
29 sseq2 3949 . . . . . . . . . 10 (𝑝 = 𝑖 → (((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝 ↔ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖))
3028, 29anbi12d 633 . . . . . . . . 9 (𝑝 = 𝑖 → (((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝) ↔ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)))
3130elrab 3635 . . . . . . . 8 (𝑖 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ↔ (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)))
3231anbi2i 624 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)}) ↔ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖))))
3326, 32bitr4i 278 . . . . . 6 ((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ↔ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)}))
3433anbi1i 625 . . . . 5 (((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ↔ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)}) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)))
35 incom 4150 . . . . . . 7 (𝑖𝑆) = (𝑆𝑖)
36 simpllr 776 . . . . . . . 8 ((((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖))
3736simpld 494 . . . . . . 7 ((((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → (𝑆𝑖) = ∅)
3835, 37eqtrid 2784 . . . . . 6 ((((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → (𝑖𝑆) = ∅)
398ad5antr 735 . . . . . . 7 ((((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → 𝑅 ∈ UFD)
40 simplr 769 . . . . . . . 8 ((((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅))
4136simprd 495 . . . . . . . . . 10 ((((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)
428ufdidom 33617 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝑅 ∈ IDomn)
4342idomringd 20696 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑅 ∈ Ring)
44 1arithufdlem.3 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑋𝐵)
45 eqid 2737 . . . . . . . . . . . . 13 (RSpan‘𝑅) = (RSpan‘𝑅)
466, 45rspsnid 33446 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑋𝐵) → 𝑋 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))
4743, 44, 46syl2anc 585 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑋 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))
4847ad5antr 735 . . . . . . . . . 10 ((((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → 𝑋 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))
4941, 48sseldd 3923 . . . . . . . . 9 ((((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → 𝑋𝑖)
50 1arithufdlem.5 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑋0 )
51 nelsn 4611 . . . . . . . . . . 11 (𝑋0 → ¬ 𝑋 ∈ { 0 })
5250, 51syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ¬ 𝑋 ∈ { 0 })
5352ad5antr 735 . . . . . . . . 9 ((((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → ¬ 𝑋 ∈ { 0 })
54 nelne1 3030 . . . . . . . . 9 ((𝑋𝑖 ∧ ¬ 𝑋 ∈ { 0 }) → 𝑖 ≠ { 0 })
5549, 53, 54syl2anc 585 . . . . . . . 8 ((((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → 𝑖 ≠ { 0 })
5640, 55eldifsnd 4731 . . . . . . 7 ((((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → 𝑖 ∈ ((PrmIdeal‘𝑅) ∖ {{ 0 }}))
57 ineq1 4154 . . . . . . . . 9 (𝑗 = 𝑖 → (𝑗𝑃) = (𝑖𝑃))
5857neeq1d 2992 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑖 → ((𝑗𝑃) ≠ ∅ ↔ (𝑖𝑃) ≠ ∅))
59 eqid 2737 . . . . . . . . . . 11 (PrmIdeal‘𝑅) = (PrmIdeal‘𝑅)
60 1arithufd.0 . . . . . . . . . . 11 0 = (0g𝑅)
6159, 7, 60isufd 33615 . . . . . . . . . 10 (𝑅 ∈ UFD ↔ (𝑅 ∈ IDomn ∧ ∀𝑗 ∈ ((PrmIdeal‘𝑅) ∖ {{ 0 }})(𝑗𝑃) ≠ ∅))
6261simprbi 497 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ UFD → ∀𝑗 ∈ ((PrmIdeal‘𝑅) ∖ {{ 0 }})(𝑗𝑃) ≠ ∅)
6362adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ UFD ∧ 𝑖 ∈ ((PrmIdeal‘𝑅) ∖ {{ 0 }})) → ∀𝑗 ∈ ((PrmIdeal‘𝑅) ∖ {{ 0 }})(𝑗𝑃) ≠ ∅)
64 simpr 484 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ UFD ∧ 𝑖 ∈ ((PrmIdeal‘𝑅) ∖ {{ 0 }})) → 𝑖 ∈ ((PrmIdeal‘𝑅) ∖ {{ 0 }}))
6558, 63, 64rspcdva 3566 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ UFD ∧ 𝑖 ∈ ((PrmIdeal‘𝑅) ∖ {{ 0 }})) → (𝑖𝑃) ≠ ∅)
6639, 56, 65syl2anc 585 . . . . . 6 ((((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → (𝑖𝑃) ≠ ∅)
67 sseq0 4344 . . . . . . . . 9 (((𝑖𝑃) ⊆ (𝑖𝑆) ∧ (𝑖𝑆) = ∅) → (𝑖𝑃) = ∅)
6867expcom 413 . . . . . . . 8 ((𝑖𝑆) = ∅ → ((𝑖𝑃) ⊆ (𝑖𝑆) → (𝑖𝑃) = ∅))
6968necon3ad 2946 . . . . . . 7 ((𝑖𝑆) = ∅ → ((𝑖𝑃) ≠ ∅ → ¬ (𝑖𝑃) ⊆ (𝑖𝑆)))
70 sslin 4184 . . . . . . . 8 (𝑃𝑆 → (𝑖𝑃) ⊆ (𝑖𝑆))
7170con3i 154 . . . . . . 7 (¬ (𝑖𝑃) ⊆ (𝑖𝑆) → ¬ 𝑃𝑆)
7269, 71syl6 35 . . . . . 6 ((𝑖𝑆) = ∅ → ((𝑖𝑃) ≠ ∅ → ¬ 𝑃𝑆))
7338, 66, 72sylc 65 . . . . 5 ((((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅)) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → ¬ 𝑃𝑆)
7434, 73sylanbr 583 . . . 4 (((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)}) ∧ 𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗) → ¬ 𝑃𝑆)
7574anasss 466 . . 3 ((((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ 𝑖 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)}) ∧ (𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗)) → ¬ 𝑃𝑆)
7642idomcringd 20695 . . . . 5 (𝜑𝑅 ∈ CRing)
7776adantr 480 . . . 4 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → 𝑅 ∈ CRing)
7843adantr 480 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → 𝑅 ∈ Ring)
7944adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → 𝑋𝐵)
8079snssd 4753 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → {𝑋} ⊆ 𝐵)
81 eqid 2737 . . . . . 6 (LIdeal‘𝑅) = (LIdeal‘𝑅)
8245, 6, 81rspcl 21225 . . . . 5 ((𝑅 ∈ Ring ∧ {𝑋} ⊆ 𝐵) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ∈ (LIdeal‘𝑅))
8378, 80, 82syl2anc 585 . . . 4 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ∈ (LIdeal‘𝑅))
8415ringmgp 20211 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ Ring → 𝑀 ∈ Mnd)
8543, 84syl 17 . . . . . 6 (𝜑𝑀 ∈ Mnd)
8621ssrab3 4023 . . . . . . 7 𝑆𝐵
8786a1i 11 . . . . . 6 (𝜑𝑆𝐵)
88 eqeq1 2741 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = (1r𝑅) → (𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ (1r𝑅) = (𝑀 Σg 𝑓)))
8988rexbidv 3162 . . . . . . . . 9 (𝑥 = (1r𝑅) → (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃(1r𝑅) = (𝑀 Σg 𝑓)))
90 eqcom 2744 . . . . . . . . . 10 ((1r𝑅) = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ (𝑀 Σg 𝑓) = (1r𝑅))
9190rexbii 3085 . . . . . . . . 9 (∃𝑓 ∈ Word 𝑃(1r𝑅) = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃(𝑀 Σg 𝑓) = (1r𝑅))
9289, 91bitrdi 287 . . . . . . . 8 (𝑥 = (1r𝑅) → (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃(𝑀 Σg 𝑓) = (1r𝑅)))
93 eqid 2737 . . . . . . . . . 10 (1r𝑅) = (1r𝑅)
946, 93ringidcl 20237 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ Ring → (1r𝑅) ∈ 𝐵)
9543, 94syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → (1r𝑅) ∈ 𝐵)
96 oveq2 7368 . . . . . . . . . 10 (𝑓 = ∅ → (𝑀 Σg 𝑓) = (𝑀 Σg ∅))
9796eqeq1d 2739 . . . . . . . . 9 (𝑓 = ∅ → ((𝑀 Σg 𝑓) = (1r𝑅) ↔ (𝑀 Σg ∅) = (1r𝑅)))
98 wrd0 14492 . . . . . . . . . 10 ∅ ∈ Word 𝑃
9998a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ∅ ∈ Word 𝑃)
10015, 93ringidval 20155 . . . . . . . . . . 11 (1r𝑅) = (0g𝑀)
101100gsum0 18643 . . . . . . . . . 10 (𝑀 Σg ∅) = (1r𝑅)
102101a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑀 Σg ∅) = (1r𝑅))
10397, 99, 102rspcedvdw 3568 . . . . . . . 8 (𝜑 → ∃𝑓 ∈ Word 𝑃(𝑀 Σg 𝑓) = (1r𝑅))
10492, 95, 103elrabd 3637 . . . . . . 7 (𝜑 → (1r𝑅) ∈ {𝑥𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)})
105104, 21eleqtrrdi 2848 . . . . . 6 (𝜑 → (1r𝑅) ∈ 𝑆)
106 1arithufd.u . . . . . . . . 9 𝑈 = (Unit‘𝑅)
1078ad2antrr 727 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝑆) ∧ 𝑏𝑆) → 𝑅 ∈ UFD)
108 1arithufdlem.2 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ¬ 𝑅 ∈ DivRing)
109108ad2antrr 727 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝑆) ∧ 𝑏𝑆) → ¬ 𝑅 ∈ DivRing)
110 eqid 2737 . . . . . . . . 9 (.r𝑅) = (.r𝑅)
111 simplr 769 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝑆) ∧ 𝑏𝑆) → 𝑎𝑆)
112 simpr 484 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝑆) ∧ 𝑏𝑆) → 𝑏𝑆)
1136, 60, 106, 7, 15, 107, 109, 21, 110, 111, 1121arithufdlem2 33620 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝑆) ∧ 𝑏𝑆) → (𝑎(.r𝑅)𝑏) ∈ 𝑆)
114113anasss 466 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑎𝑆𝑏𝑆)) → (𝑎(.r𝑅)𝑏) ∈ 𝑆)
115114ralrimivva 3181 . . . . . 6 (𝜑 → ∀𝑎𝑆𝑏𝑆 (𝑎(.r𝑅)𝑏) ∈ 𝑆)
11615, 110mgpplusg 20116 . . . . . . . 8 (.r𝑅) = (+g𝑀)
11716, 100, 116issubm 18762 . . . . . . 7 (𝑀 ∈ Mnd → (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝑀) ↔ (𝑆𝐵 ∧ (1r𝑅) ∈ 𝑆 ∧ ∀𝑎𝑆𝑏𝑆 (𝑎(.r𝑅)𝑏) ∈ 𝑆)))
118117biimpar 477 . . . . . 6 ((𝑀 ∈ Mnd ∧ (𝑆𝐵 ∧ (1r𝑅) ∈ 𝑆 ∧ ∀𝑎𝑆𝑏𝑆 (𝑎(.r𝑅)𝑏) ∈ 𝑆)) → 𝑆 ∈ (SubMnd‘𝑀))
11985, 87, 105, 115, 118syl13anc 1375 . . . . 5 (𝜑𝑆 ∈ (SubMnd‘𝑀))
120119adantr 480 . . . 4 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → 𝑆 ∈ (SubMnd‘𝑀))
121 neq0 4293 . . . . . . . . 9 (¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅ ↔ ∃𝑢 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})))
122121biimpi 216 . . . . . . . 8 (¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅ → ∃𝑢 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})))
123122adantl 481 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) → ∃𝑢 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})))
1248ad4antr 733 . . . . . . . . 9 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑅 ∈ UFD)
125108ad4antr 733 . . . . . . . . 9 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → ¬ 𝑅 ∈ DivRing)
12644ad4antr 733 . . . . . . . . 9 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑋𝐵)
127 1arithufdlem.4 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ¬ 𝑋𝑈)
128127ad4antr 733 . . . . . . . . 9 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → ¬ 𝑋𝑈)
12950ad4antr 733 . . . . . . . . 9 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑋0 )
130 simplr 769 . . . . . . . . 9 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑦𝐵)
131 simpr 484 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋))
132 simpllr 776 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})))
133132elin1d 4145 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑢𝑆)
134131, 133eqeltrrd 2838 . . . . . . . . 9 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → (𝑦(.r𝑅)𝑋) ∈ 𝑆)
1356, 60, 106, 7, 15, 124, 125, 21, 126, 128, 129, 110, 130, 1341arithufdlem3 33621 . . . . . . . 8 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑋𝑆)
13643ad2antrr 727 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) → 𝑅 ∈ Ring)
13744ad2antrr 727 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) → 𝑋𝐵)
138 simpr 484 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) → 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})))
139138elin2d 4146 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) → 𝑢 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))
1406, 110, 45elrspsn 21230 . . . . . . . . . 10 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑋𝐵) → (𝑢 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ↔ ∃𝑦𝐵 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)))
141140biimpa 476 . . . . . . . . 9 (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑢 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) → ∃𝑦𝐵 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋))
142136, 137, 139, 141syl21anc 838 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) → ∃𝑦𝐵 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋))
143135, 142r19.29a 3146 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) → 𝑋𝑆)
144123, 143exlimddv 1937 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) → 𝑋𝑆)
145144adantlr 716 . . . . 5 (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) → 𝑋𝑆)
146 simplr 769 . . . . 5 (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) → ¬ 𝑋𝑆)
147145, 146condan 818 . . . 4 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅)
148 eqid 2737 . . . 4 {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} = {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)}
1496, 77, 83, 120, 15, 147, 148ssdifidlprm 33533 . . 3 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → ∃𝑖 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} (𝑖 ∈ (PrmIdeal‘𝑅) ∧ ∀𝑗 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ¬ 𝑖𝑗))
15075, 149r19.29a 3146 . 2 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → ¬ 𝑃𝑆)
15125, 150condan 818 1 (𝜑𝑋𝑆)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 395  w3a 1087   = wceq 1542  wex 1781  wcel 2114  wne 2933  wral 3052  wrex 3062  {crab 3390  cdif 3887  cin 3889  wss 3890  wpss 3891  c0 4274  {csn 4568  cfv 6492  (class class class)co 7360  Word cword 14466  ⟨“cs1 14549  Basecbs 17170  .rcmulr 17212  0gc0g 17393   Σg cgsu 17394  Mndcmnd 18693  SubMndcsubmnd 18741  mulGrpcmgp 20112  1rcur 20153  Ringcrg 20205  CRingccrg 20206  Unitcui 20326  RPrimecrpm 20403  IDomncidom 20661  DivRingcdr 20697  LIdealclidl 21196  RSpancrsp 21197  PrmIdealcprmidl 33510  UFDcufd 33613
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5212  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5302  ax-pr 5370  ax-un 7682  ax-ac2 10376  ax-cnex 11085  ax-resscn 11086  ax-1cn 11087  ax-icn 11088  ax-addcl 11089  ax-addrcl 11090  ax-mulcl 11091  ax-mulrcl 11092  ax-mulcom 11093  ax-addass 11094  ax-mulass 11095  ax-distr 11096  ax-i2m1 11097  ax-1ne0 11098  ax-1rid 11099  ax-rnegex 11100  ax-rrecex 11101  ax-cnre 11102  ax-pre-lttri 11103  ax-pre-lttrn 11104  ax-pre-ltadd 11105  ax-pre-mulgt0 11106
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-op 4575  df-uni 4852  df-int 4891  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5519  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5577  df-se 5578  df-we 5579  df-xp 5630  df-rel 5631  df-cnv 5632  df-co 5633  df-dm 5634  df-rn 5635  df-res 5636  df-ima 5637  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-isom 6501  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-rpss 7670  df-om 7811  df-1st 7935  df-2nd 7936  df-supp 8104  df-tpos 8169  df-frecs 8224  df-wrecs 8255  df-recs 8304  df-rdg 8342  df-1o 8398  df-oadd 8402  df-er 8636  df-en 8887  df-dom 8888  df-sdom 8889  df-fin 8890  df-fsupp 9268  df-oi 9418  df-dju 9816  df-card 9854  df-ac 10029  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-nn 12166  df-2 12235  df-3 12236  df-4 12237  df-5 12238  df-6 12239  df-7 12240  df-8 12241  df-n0 12429  df-xnn0 12502  df-z 12516  df-uz 12780  df-fz 13453  df-fzo 13600  df-seq 13955  df-hash 14284  df-word 14467  df-lsw 14516  df-concat 14524  df-s1 14550  df-substr 14595  df-pfx 14625  df-sets 17125  df-slot 17143  df-ndx 17155  df-base 17171  df-ress 17192  df-plusg 17224  df-mulr 17225  df-sca 17227  df-vsca 17228  df-ip 17229  df-0g 17395  df-gsum 17396  df-mgm 18599  df-sgrp 18678  df-mnd 18694  df-submnd 18743  df-grp 18903  df-minusg 18904  df-sbg 18905  df-subg 19090  df-cntz 19283  df-lsm 19602  df-cmn 19748  df-abl 19749  df-mgp 20113  df-rng 20125  df-ur 20154  df-ring 20207  df-cring 20208  df-oppr 20308  df-dvdsr 20328  df-unit 20329  df-invr 20359  df-rprm 20404  df-nzr 20481  df-subrg 20538  df-domn 20663  df-idom 20664  df-lmod 20848  df-lss 20918  df-lsp 20958  df-sra 21160  df-rgmod 21161  df-lidl 21198  df-rsp 21199  df-prmidl 33511  df-ufd 33614
This theorem is referenced by:  1arithufd  33623
  Copyright terms: Public domain W3C validator