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 33518
Description: Lemma for 1arithufd 33519. 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 2733 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑎 → (𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ 𝑎 = (𝑀 Σg 𝑓)))
21rexbidv 3157 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑎 → (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑎 = (𝑀 Σg 𝑓)))
3 eqcom 2736 . . . . . . . . 9 (𝑎 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ (𝑀 Σg 𝑓) = 𝑎)
43rexbii 3076 . . . . . . . 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 33489 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎𝑃) → 𝑎𝐵)
12 oveq2 7395 . . . . . . . . 9 (𝑓 = ⟨“𝑎”⟩ → (𝑀 Σg 𝑓) = (𝑀 Σg ⟨“𝑎”⟩))
1312eqeq1d 2731 . . . . . . . 8 (𝑓 = ⟨“𝑎”⟩ → ((𝑀 Σg 𝑓) = 𝑎 ↔ (𝑀 Σg ⟨“𝑎”⟩) = 𝑎))
1410s1cld 14568 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎𝑃) → ⟨“𝑎”⟩ ∈ Word 𝑃)
15 1arithufd.m . . . . . . . . . . 11 𝑀 = (mulGrp‘𝑅)
1615, 6mgpbas 20054 . . . . . . . . . 10 𝐵 = (Base‘𝑀)
1716gsumws1 18765 . . . . . . . . 9 (𝑎𝐵 → (𝑀 Σg ⟨“𝑎”⟩) = 𝑎)
1811, 17syl 17 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎𝑃) → (𝑀 Σg ⟨“𝑎”⟩) = 𝑎)
1913, 14, 18rspcedvdw 3591 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎𝑃) → ∃𝑓 ∈ Word 𝑃(𝑀 Σg 𝑓) = 𝑎)
205, 11, 19elrabd 3661 . . . . . 6 ((𝜑𝑎𝑃) → 𝑎 ∈ {𝑥𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)})
21 1arithufdlem.s . . . . . 6 𝑆 = {𝑥𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)}
2220, 21eleqtrrdi 2839 . . . . 5 ((𝜑𝑎𝑃) → 𝑎𝑆)
2322ex 412 . . . 4 (𝜑 → (𝑎𝑃𝑎𝑆))
2423ssrdv 3952 . . 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 4177 . . . . . . . . . . 11 (𝑝 = 𝑖 → (𝑆𝑝) = (𝑆𝑖))
2827eqeq1d 2731 . . . . . . . . . 10 (𝑝 = 𝑖 → ((𝑆𝑝) = ∅ ↔ (𝑆𝑖) = ∅))
29 sseq2 3973 . . . . . . . . . 10 (𝑝 = 𝑖 → (((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝 ↔ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖))
3028, 29anbi12d 632 . . . . . . . . 9 (𝑝 = 𝑖 → (((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝) ↔ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)))
3130elrab 3659 . . . . . . . 8 (𝑖 ∈ {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} ↔ (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∧ ((𝑆𝑖) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑖)))
3231anbi2i 623 . . . . . . 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 624 . . . . 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 4172 . . . . . . 7 (𝑖𝑆) = (𝑆𝑖)
36 simpllr 775 . . . . . . . 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 2776 . . . . . 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 734 . . . . . . 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 768 . . . . . . . 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 33513 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝑅 ∈ IDomn)
4342idomringd 20637 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑅 ∈ Ring)
44 1arithufdlem.3 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑋𝐵)
45 eqid 2729 . . . . . . . . . . . . 13 (RSpan‘𝑅) = (RSpan‘𝑅)
466, 45rspsnid 33342 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑋𝐵) → 𝑋 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))
4743, 44, 46syl2anc 584 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑋 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))
4847ad5antr 734 . . . . . . . . . 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 3947 . . . . . . . . 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 4630 . . . . . . . . . . 11 (𝑋0 → ¬ 𝑋 ∈ { 0 })
5250, 51syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ¬ 𝑋 ∈ { 0 })
5352ad5antr 734 . . . . . . . . 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 3022 . . . . . . . . 9 ((𝑋𝑖 ∧ ¬ 𝑋 ∈ { 0 }) → 𝑖 ≠ { 0 })
5549, 53, 54syl2anc 584 . . . . . . . 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 4751 . . . . . . 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 4176 . . . . . . . . 9 (𝑗 = 𝑖 → (𝑗𝑃) = (𝑖𝑃))
5857neeq1d 2984 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑖 → ((𝑗𝑃) ≠ ∅ ↔ (𝑖𝑃) ≠ ∅))
59 eqid 2729 . . . . . . . . . . 11 (PrmIdeal‘𝑅) = (PrmIdeal‘𝑅)
60 1arithufd.0 . . . . . . . . . . 11 0 = (0g𝑅)
6159, 7, 60isufd 33511 . . . . . . . . . 10 (𝑅 ∈ UFD ↔ (𝑅 ∈ IDomn ∧ ∀𝑗 ∈ ((PrmIdeal‘𝑅) ∖ {{ 0 }})(𝑗𝑃) ≠ ∅))
6261simprbi 496 . . . . . . . . 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 3589 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ UFD ∧ 𝑖 ∈ ((PrmIdeal‘𝑅) ∖ {{ 0 }})) → (𝑖𝑃) ≠ ∅)
6639, 56, 65syl2anc 584 . . . . . 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 4366 . . . . . . . . 9 (((𝑖𝑃) ⊆ (𝑖𝑆) ∧ (𝑖𝑆) = ∅) → (𝑖𝑃) = ∅)
6867expcom 413 . . . . . . . 8 ((𝑖𝑆) = ∅ → ((𝑖𝑃) ⊆ (𝑖𝑆) → (𝑖𝑃) = ∅))
6968necon3ad 2938 . . . . . . 7 ((𝑖𝑆) = ∅ → ((𝑖𝑃) ≠ ∅ → ¬ (𝑖𝑃) ⊆ (𝑖𝑆)))
70 sslin 4206 . . . . . . . 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 582 . . . 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 20636 . . . . 5 (𝜑𝑅 ∈ CRing)
7776adantr 480 . . . 4 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → 𝑅 ∈ CRing)
7843adantr 480 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → 𝑅 ∈ Ring)
7944adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → 𝑋𝐵)
8079snssd 4773 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → {𝑋} ⊆ 𝐵)
81 eqid 2729 . . . . . 6 (LIdeal‘𝑅) = (LIdeal‘𝑅)
8245, 6, 81rspcl 21145 . . . . 5 ((𝑅 ∈ Ring ∧ {𝑋} ⊆ 𝐵) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ∈ (LIdeal‘𝑅))
8378, 80, 82syl2anc 584 . . . 4 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ∈ (LIdeal‘𝑅))
8415ringmgp 20148 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ Ring → 𝑀 ∈ Mnd)
8543, 84syl 17 . . . . . 6 (𝜑𝑀 ∈ Mnd)
8621ssrab3 4045 . . . . . . 7 𝑆𝐵
8786a1i 11 . . . . . 6 (𝜑𝑆𝐵)
88 eqeq1 2733 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = (1r𝑅) → (𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ (1r𝑅) = (𝑀 Σg 𝑓)))
8988rexbidv 3157 . . . . . . . . 9 (𝑥 = (1r𝑅) → (∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃(1r𝑅) = (𝑀 Σg 𝑓)))
90 eqcom 2736 . . . . . . . . . 10 ((1r𝑅) = (𝑀 Σg 𝑓) ↔ (𝑀 Σg 𝑓) = (1r𝑅))
9190rexbii 3076 . . . . . . . . 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 2729 . . . . . . . . . 10 (1r𝑅) = (1r𝑅)
946, 93ringidcl 20174 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ Ring → (1r𝑅) ∈ 𝐵)
9543, 94syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → (1r𝑅) ∈ 𝐵)
96 oveq2 7395 . . . . . . . . . 10 (𝑓 = ∅ → (𝑀 Σg 𝑓) = (𝑀 Σg ∅))
9796eqeq1d 2731 . . . . . . . . 9 (𝑓 = ∅ → ((𝑀 Σg 𝑓) = (1r𝑅) ↔ (𝑀 Σg ∅) = (1r𝑅)))
98 wrd0 14504 . . . . . . . . . 10 ∅ ∈ Word 𝑃
9998a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ∅ ∈ Word 𝑃)
10015, 93ringidval 20092 . . . . . . . . . . 11 (1r𝑅) = (0g𝑀)
101100gsum0 18611 . . . . . . . . . 10 (𝑀 Σg ∅) = (1r𝑅)
102101a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑀 Σg ∅) = (1r𝑅))
10397, 99, 102rspcedvdw 3591 . . . . . . . 8 (𝜑 → ∃𝑓 ∈ Word 𝑃(𝑀 Σg 𝑓) = (1r𝑅))
10492, 95, 103elrabd 3661 . . . . . . 7 (𝜑 → (1r𝑅) ∈ {𝑥𝐵 ∣ ∃𝑓 ∈ Word 𝑃𝑥 = (𝑀 Σg 𝑓)})
105104, 21eleqtrrdi 2839 . . . . . 6 (𝜑 → (1r𝑅) ∈ 𝑆)
106 1arithufd.u . . . . . . . . 9 𝑈 = (Unit‘𝑅)
1078ad2antrr 726 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝑆) ∧ 𝑏𝑆) → 𝑅 ∈ UFD)
108 1arithufdlem.2 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ¬ 𝑅 ∈ DivRing)
109108ad2antrr 726 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝑆) ∧ 𝑏𝑆) → ¬ 𝑅 ∈ DivRing)
110 eqid 2729 . . . . . . . . 9 (.r𝑅) = (.r𝑅)
111 simplr 768 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝑆) ∧ 𝑏𝑆) → 𝑎𝑆)
112 simpr 484 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎𝑆) ∧ 𝑏𝑆) → 𝑏𝑆)
1136, 60, 106, 7, 15, 107, 109, 21, 110, 111, 1121arithufdlem2 33516 . . . . . . . 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 20053 . . . . . . . 8 (.r𝑅) = (+g𝑀)
11716, 100, 116issubm 18730 . . . . . . 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 1374 . . . . 5 (𝜑𝑆 ∈ (SubMnd‘𝑀))
120119adantr 480 . . . 4 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → 𝑆 ∈ (SubMnd‘𝑀))
121 neq0 4315 . . . . . . . . 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 732 . . . . . . . . 9 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑅 ∈ UFD)
125108ad4antr 732 . . . . . . . . 9 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → ¬ 𝑅 ∈ DivRing)
12644ad4antr 732 . . . . . . . . 9 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑋𝐵)
127 1arithufdlem.4 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ¬ 𝑋𝑈)
128127ad4antr 732 . . . . . . . . 9 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → ¬ 𝑋𝑈)
12950ad4antr 732 . . . . . . . . 9 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑋0 )
130 simplr 768 . . . . . . . . 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 775 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})))
133132elin1d 4167 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑢𝑆)
134131, 133eqeltrrd 2829 . . . . . . . . 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 33517 . . . . . . . 8 (((((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) ∧ 𝑦𝐵) ∧ 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋)) → 𝑋𝑆)
13643ad2antrr 726 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) → 𝑅 ∈ Ring)
13744ad2antrr 726 . . . . . . . . 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 4168 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) → 𝑢 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))
1406, 110, 45elrspsn 21150 . . . . . . . . . 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 837 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) → ∃𝑦𝐵 𝑢 = (𝑦(.r𝑅)𝑋))
143135, 142r19.29a 3141 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) ∧ 𝑢 ∈ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}))) → 𝑋𝑆)
144123, 143exlimddv 1935 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) → 𝑋𝑆)
145144adantlr 715 . . . . 5 (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) → 𝑋𝑆)
146 simplr 768 . . . . 5 (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) ∧ ¬ (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅) → ¬ 𝑋𝑆)
147145, 146condan 817 . . . 4 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → (𝑆 ∩ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋})) = ∅)
148 eqid 2729 . . . 4 {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)} = {𝑝 ∈ (LIdeal‘𝑅) ∣ ((𝑆𝑝) = ∅ ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑋}) ⊆ 𝑝)}
1496, 77, 83, 120, 15, 147, 148ssdifidlprm 33429 . . 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 3141 . 2 ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋𝑆) → ¬ 𝑃𝑆)
15125, 150condan 817 1 (𝜑𝑋𝑆)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 395  w3a 1086   = wceq 1540  wex 1779  wcel 2109  wne 2925  wral 3044  wrex 3053  {crab 3405  cdif 3911  cin 3913  wss 3914  wpss 3915  c0 4296  {csn 4589  cfv 6511  (class class class)co 7387  Word cword 14478  ⟨“cs1 14560  Basecbs 17179  .rcmulr 17221  0gc0g 17402   Σg cgsu 17403  Mndcmnd 18661  SubMndcsubmnd 18709  mulGrpcmgp 20049  1rcur 20090  Ringcrg 20142  CRingccrg 20143  Unitcui 20264  RPrimecrpm 20341  IDomncidom 20602  DivRingcdr 20638  LIdealclidl 21116  RSpancrsp 21117  PrmIdealcprmidl 33406  UFDcufd 33509
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-rep 5234  ax-sep 5251  ax-nul 5261  ax-pow 5320  ax-pr 5387  ax-un 7711  ax-ac2 10416  ax-cnex 11124  ax-resscn 11125  ax-1cn 11126  ax-icn 11127  ax-addcl 11128  ax-addrcl 11129  ax-mulcl 11130  ax-mulrcl 11131  ax-mulcom 11132  ax-addass 11133  ax-mulass 11134  ax-distr 11135  ax-i2m1 11136  ax-1ne0 11137  ax-1rid 11138  ax-rnegex 11139  ax-rrecex 11140  ax-cnre 11141  ax-pre-lttri 11142  ax-pre-lttrn 11143  ax-pre-ltadd 11144  ax-pre-mulgt0 11145
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rmo 3354  df-reu 3355  df-rab 3406  df-v 3449  df-sbc 3754  df-csb 3863  df-dif 3917  df-un 3919  df-in 3921  df-ss 3931  df-pss 3934  df-nul 4297  df-if 4489  df-pw 4565  df-sn 4590  df-pr 4592  df-op 4596  df-uni 4872  df-int 4911  df-iun 4957  df-br 5108  df-opab 5170  df-mpt 5189  df-tr 5215  df-id 5533  df-eprel 5538  df-po 5546  df-so 5547  df-fr 5591  df-se 5592  df-we 5593  df-xp 5644  df-rel 5645  df-cnv 5646  df-co 5647  df-dm 5648  df-rn 5649  df-res 5650  df-ima 5651  df-pred 6274  df-ord 6335  df-on 6336  df-lim 6337  df-suc 6338  df-iota 6464  df-fun 6513  df-fn 6514  df-f 6515  df-f1 6516  df-fo 6517  df-f1o 6518  df-fv 6519  df-isom 6520  df-riota 7344  df-ov 7390  df-oprab 7391  df-mpo 7392  df-rpss 7699  df-om 7843  df-1st 7968  df-2nd 7969  df-supp 8140  df-tpos 8205  df-frecs 8260  df-wrecs 8291  df-recs 8340  df-rdg 8378  df-1o 8434  df-oadd 8438  df-er 8671  df-en 8919  df-dom 8920  df-sdom 8921  df-fin 8922  df-fsupp 9313  df-oi 9463  df-dju 9854  df-card 9892  df-ac 10069  df-pnf 11210  df-mnf 11211  df-xr 11212  df-ltxr 11213  df-le 11214  df-sub 11407  df-neg 11408  df-nn 12187  df-2 12249  df-3 12250  df-4 12251  df-5 12252  df-6 12253  df-7 12254  df-8 12255  df-n0 12443  df-xnn0 12516  df-z 12530  df-uz 12794  df-fz 13469  df-fzo 13616  df-seq 13967  df-hash 14296  df-word 14479  df-lsw 14528  df-concat 14536  df-s1 14561  df-substr 14606  df-pfx 14636  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 18567  df-sgrp 18646  df-mnd 18662  df-submnd 18711  df-grp 18868  df-minusg 18869  df-sbg 18870  df-subg 19055  df-cntz 19249  df-lsm 19566  df-cmn 19712  df-abl 19713  df-mgp 20050  df-rng 20062  df-ur 20091  df-ring 20144  df-cring 20145  df-oppr 20246  df-dvdsr 20266  df-unit 20267  df-invr 20297  df-rprm 20342  df-nzr 20422  df-subrg 20479  df-domn 20604  df-idom 20605  df-lmod 20768  df-lss 20838  df-lsp 20878  df-sra 21080  df-rgmod 21081  df-lidl 21118  df-rsp 21119  df-prmidl 33407  df-ufd 33510
This theorem is referenced by:  1arithufd  33519
  Copyright terms: Public domain W3C validator