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 33607
Description: Lemma for 1arithufd 33608. 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 2740 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑎 → (𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ 𝑎 = (𝑀 Σg 𝑓)))
21rexbidv 3161 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑎 → (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑎 = (𝑀 Σg 𝑓)))
3 eqcom 2743 . . . . . . . . 9 (𝑎 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ (𝑀 Σg 𝑓) = 𝑎)
43rexbii 3084 . . . . . . . 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 33578 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎𝑃) → 𝑎𝐵)
12 oveq2 7375 . . . . . . . . 9 (𝑓 = ⟨“𝑎”⟩ → (𝑀 Σg 𝑓) = (𝑀 Σg ⟨“𝑎”⟩))
1312eqeq1d 2738 . . . . . . . 8 (𝑓 = ⟨“𝑎”⟩ → ((𝑀 Σg 𝑓) = 𝑎 ↔ (𝑀 Σg ⟨“𝑎”⟩) = 𝑎))
1410s1cld 14566 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎𝑃) → ⟨“𝑎”⟩ ∈ Word 𝑃)
15 1arithufd.m . . . . . . . . . . 11 𝑀 = (mulGrp‘𝑅)
1615, 6mgpbas 20126 . . . . . . . . . 10 𝐵 = (Base‘𝑀)
1716gsumws1 18806 . . . . . . . . 9 (𝑎𝐵 → (𝑀 Σg ⟨“𝑎”⟩) = 𝑎)
1811, 17syl 17 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎𝑃) → (𝑀 Σg ⟨“𝑎”⟩) = 𝑎)
1913, 14, 18rspcedvdw 3567 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎𝑃) → ∃𝑓 ∈ Word 𝑃(𝑀 Σg 𝑓) = 𝑎)
205, 11, 19elrabd 3636 . . . . . 6 ((𝜑𝑎𝑃) → 𝑎 ∈ {𝑥𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)})
21 1arithufdlem.s . . . . . 6 𝑆 = {𝑥𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)}
2220, 21eleqtrrdi 2847 . . . . 5 ((𝜑𝑎𝑃) → 𝑎𝑆)
2322ex 412 . . . 4 (𝜑 → (𝑎𝑃𝑎𝑆))
2423ssrdv 3927 . . 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 4154 . . . . . . . . . . 11 (𝑝 = 𝑖 → (𝑆𝑝) = (𝑆𝑖))
2827eqeq1d 2738 . . . . . . . . . 10 (𝑝 = 𝑖 → ((𝑆𝑝) = ∅ ↔ (𝑆𝑖) = ∅))
29 sseq2 3948 . . . . . . . . . 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 3634 . . . . . . . 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 4149 . . . . . . 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 2783 . . . . . 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 33602 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝑅 ∈ IDomn)
4342idomringd 20705 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑅 ∈ Ring)
44 1arithufdlem.3 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑋𝐵)
45 eqid 2736 . . . . . . . . . . . . 13 (RSpan‘𝑅) = (RSpan‘𝑅)
466, 45rspsnid 33431 . . . . . . . . . . . 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 3922 . . . . . . . . 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 4610 . . . . . . . . . . 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 3029 . . . . . . . . 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 4732 . . . . . . 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 4153 . . . . . . . . 9 (𝑗 = 𝑖 → (𝑗𝑃) = (𝑖𝑃))
5857neeq1d 2991 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑖 → ((𝑗𝑃) ≠ ∅ ↔ (𝑖𝑃) ≠ ∅))
59 eqid 2736 . . . . . . . . . . 11 (PrmIdeal‘𝑅) = (PrmIdeal‘𝑅)
60 1arithufd.0 . . . . . . . . . . 11 0 = (0g𝑅)
6159, 7, 60isufd 33600 . . . . . . . . . 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 3565 . . . . . . 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 4343 . . . . . . . . 9 (((𝑖𝑃) ⊆ (𝑖𝑆) ∧ (𝑖𝑆) = ∅) → (𝑖𝑃) = ∅)
6867expcom 413 . . . . . . . 8 ((𝑖𝑆) = ∅ → ((𝑖𝑃) ⊆ (𝑖𝑆) → (𝑖𝑃) = ∅))
6968necon3ad 2945 . . . . . . 7 ((𝑖𝑆) = ∅ → ((𝑖𝑃) ≠ ∅ → ¬ (𝑖𝑃) ⊆ (𝑖𝑆)))
70 sslin 4183 . . . . . . . 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 20704 . . . . 5 (𝜑𝑅 ∈ CRing)
7776adantr 480 . . . 4 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → 𝑅 ∈ CRing)
7843adantr 480 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → 𝑅 ∈ Ring)
7944adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → 𝑋𝐵)
8079snssd 4730 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → {𝑋} ⊆ 𝐵)
81 eqid 2736 . . . . . 6 (LIdeal‘𝑅) = (LIdeal‘𝑅)
8245, 6, 81rspcl 21233 . . . . 5 ((𝑅 ∈ Ring ∧ {𝑋} ⊆ 𝐵) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ∈ (LIdeal‘𝑅))
8378, 80, 82syl2anc 585 . . . 4 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ∈ (LIdeal‘𝑅))
8415ringmgp 20220 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ Ring → 𝑀 ∈ Mnd)
8543, 84syl 17 . . . . . 6 (𝜑𝑀 ∈ Mnd)
8621ssrab3 4022 . . . . . . 7 𝑆𝐵
8786a1i 11 . . . . . 6 (𝜑𝑆𝐵)
88 eqeq1 2740 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = (1r𝑅) → (𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ (1r𝑅) = (𝑀 Σg 𝑓)))
8988rexbidv 3161 . . . . . . . . 9 (𝑥 = (1r𝑅) → (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃(1r𝑅) = (𝑀 Σg 𝑓)))
90 eqcom 2743 . . . . . . . . . 10 ((1r𝑅) = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ (𝑀 Σg 𝑓) = (1r𝑅))
9190rexbii 3084 . . . . . . . . 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 2736 . . . . . . . . . 10 (1r𝑅) = (1r𝑅)
946, 93ringidcl 20246 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ Ring → (1r𝑅) ∈ 𝐵)
9543, 94syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → (1r𝑅) ∈ 𝐵)
96 oveq2 7375 . . . . . . . . . 10 (𝑓 = ∅ → (𝑀 Σg 𝑓) = (𝑀 Σg ∅))
9796eqeq1d 2738 . . . . . . . . 9 (𝑓 = ∅ → ((𝑀 Σg 𝑓) = (1r𝑅) ↔ (𝑀 Σg ∅) = (1r𝑅)))
98 wrd0 14501 . . . . . . . . . 10 ∅ ∈ Word 𝑃
9998a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ∅ ∈ Word 𝑃)
10015, 93ringidval 20164 . . . . . . . . . . 11 (1r𝑅) = (0g𝑀)
101100gsum0 18652 . . . . . . . . . 10 (𝑀 Σg ∅) = (1r𝑅)
102101a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑀 Σg ∅) = (1r𝑅))
10397, 99, 102rspcedvdw 3567 . . . . . . . 8 (𝜑 → ∃𝑓 ∈ Word 𝑃(𝑀 Σg 𝑓) = (1r𝑅))
10492, 95, 103elrabd 3636 . . . . . . 7 (𝜑 → (1r𝑅) ∈ {𝑥𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)})
105104, 21eleqtrrdi 2847 . . . . . 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 2736 . . . . . . . . 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 33605 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎𝑆) ∧ 𝑏𝑆) → (𝑎(.r𝑅)𝑏) ∈ 𝑆)
114113anasss 466 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑎𝑆𝑏𝑆)) → (𝑎(.r𝑅)𝑏) ∈ 𝑆)
115114ralrimivva 3180 . . . . . 6 (𝜑 → ∀𝑎𝑆𝑏𝑆 (𝑎(.r𝑅)𝑏) ∈ 𝑆)
11615, 110mgpplusg 20125 . . . . . . . 8 (.r𝑅) = (+g𝑀)
11716, 100, 116issubm 18771 . . . . . . 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 4292 . . . . . . . . 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 4144 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑢𝑆)
134131, 133eqeltrrd 2837 . . . . . . . . 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 33606 . . . . . . . 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 4145 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) → 𝑢 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))
1406, 110, 45elrspsn 21238 . . . . . . . . . 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 3145 . . . . . . 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 2736 . . . 4 {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} = {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)}
1496, 77, 83, 120, 15, 147, 148ssdifidlprm 33518 . . 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 3145 . 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 2932  wral 3051  wrex 3061  {crab 3389  cdif 3886  cin 3888  wss 3889  wpss 3890  c0 4273  {csn 4567  cfv 6498  (class class class)co 7367  Word cword 14475  ⟨“cs1 14558  Basecbs 17179  .rcmulr 17221  0gc0g 17402   Σg cgsu 17403  Mndcmnd 18702  SubMndcsubmnd 18750  mulGrpcmgp 20121  1rcur 20162  Ringcrg 20214  CRingccrg 20215  Unitcui 20335  RPrimecrpm 20412  IDomncidom 20670  DivRingcdr 20706  LIdealclidl 21204  RSpancrsp 21205  PrmIdealcprmidl 33495  UFDcufd 33598
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 2708  ax-rep 5212  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5307  ax-pr 5375  ax-un 7689  ax-ac2 10385  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115
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 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3062  df-rmo 3342  df-reu 3343  df-rab 3390  df-v 3431  df-sbc 3729  df-csb 3838  df-dif 3892  df-un 3894  df-in 3896  df-ss 3906  df-pss 3909  df-nul 4274  df-if 4467  df-pw 4543  df-sn 4568  df-pr 4570  df-op 4574  df-uni 4851  df-int 4890  df-iun 4935  df-br 5086  df-opab 5148  df-mpt 5167  df-tr 5193  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-se 5585  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6265  df-ord 6326  df-on 6327  df-lim 6328  df-suc 6329  df-iota 6454  df-fun 6500  df-fn 6501  df-f 6502  df-f1 6503  df-fo 6504  df-f1o 6505  df-fv 6506  df-isom 6507  df-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-rpss 7677  df-om 7818  df-1st 7942  df-2nd 7943  df-supp 8111  df-tpos 8176  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-1o 8405  df-oadd 8409  df-er 8643  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-fin 8897  df-fsupp 9275  df-oi 9425  df-dju 9825  df-card 9863  df-ac 10038  df-pnf 11181  df-mnf 11182  df-xr 11183  df-ltxr 11184  df-le 11185  df-sub 11379  df-neg 11380  df-nn 12175  df-2 12244  df-3 12245  df-4 12246  df-5 12247  df-6 12248  df-7 12249  df-8 12250  df-n0 12438  df-xnn0 12511  df-z 12525  df-uz 12789  df-fz 13462  df-fzo 13609  df-seq 13964  df-hash 14293  df-word 14476  df-lsw 14525  df-concat 14533  df-s1 14559  df-substr 14604  df-pfx 14634  df-sets 17134  df-slot 17152  df-ndx 17164  df-base 17180  df-ress 17201  df-plusg 17233  df-mulr 17234  df-sca 17236  df-vsca 17237  df-ip 17238  df-0g 17404  df-gsum 17405  df-mgm 18608  df-sgrp 18687  df-mnd 18703  df-submnd 18752  df-grp 18912  df-minusg 18913  df-sbg 18914  df-subg 19099  df-cntz 19292  df-lsm 19611  df-cmn 19757  df-abl 19758  df-mgp 20122  df-rng 20134  df-ur 20163  df-ring 20216  df-cring 20217  df-oppr 20317  df-dvdsr 20337  df-unit 20338  df-invr 20368  df-rprm 20413  df-nzr 20490  df-subrg 20547  df-domn 20672  df-idom 20673  df-lmod 20857  df-lss 20927  df-lsp 20967  df-sra 21168  df-rgmod 21169  df-lidl 21206  df-rsp 21207  df-prmidl 33496  df-ufd 33599
This theorem is referenced by:  1arithufd  33608
  Copyright terms: Public domain W3C validator