Theorem assafld 34339

Description: If an algebra 𝐴 of finite degree over a division ring 𝐾 is an integral domain, then it is a field. Corollary of Proposition 2. in Chapter 5. of [BourbakiAlg2] p. 113. (Contributed by Thierry Arnoux, 3-Aug-2025.)

Hypotheses

Ref	Expression
assafld.k	⊢ 𝐾 = (Scalar‘𝐴)
assafld.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ AssAlg)
assafld.1	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ IDomn)
assafld.2	⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ DivRing)
assafld.3	⊢ (𝜑 → (dim‘𝐴) ∈ ℕ0)

Assertion

Ref	Expression
assafld	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Field)

Proof of Theorem assafld

Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		assafld.1	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ IDomn)
2	1	idomringd 21009	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Ring)
3		eqid 2763	. . . . . . 7 ⊢ (Base‘𝐴) = (Base‘𝐴)
4		eqid 2763	. . . . . . 7 ⊢ (Unit‘𝐴) = (Unit‘𝐴)
5	3, 4	unitss 20636	. . . . . 6 ⊢ (Unit‘𝐴) ⊆ (Base‘𝐴)
6	5	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (Unit‘𝐴) ⊆ (Base‘𝐴))
7		eqid 2763	. . . . . . 7 ⊢ (0g‘𝐴) = (0g‘𝐴)
8	1	idomdomd 21007	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Domn)
9		domnnzr 20988	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ Domn → 𝐴 ∈ NzRing)
10	8, 9	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ NzRing)
11	10	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (0g‘𝐴) ∈ (Unit‘𝐴)) → 𝐴 ∈ NzRing)
12		simpr 490	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (0g‘𝐴) ∈ (Unit‘𝐴)) → (0g‘𝐴) ∈ (Unit‘𝐴))
13	4, 7, 11, 12	unitnz 33869	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (0g‘𝐴) ∈ (Unit‘𝐴)) → (0g‘𝐴) ≠ (0g‘𝐴))
14		neirr 2968	. . . . . . 7 ⊢ ¬ (0g‘𝐴) ≠ (0g‘𝐴)
15	14	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (0g‘𝐴) ∈ (Unit‘𝐴)) → ¬ (0g‘𝐴) ≠ (0g‘𝐴))
16	13, 15	pm2.65da 829	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ¬ (0g‘𝐴) ∈ (Unit‘𝐴))
17		ssdifsn 4751	. . . . 5 ⊢ ((Unit‘𝐴) ⊆ ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)}) ↔ ((Unit‘𝐴) ⊆ (Base‘𝐴) ∧ ¬ (0g‘𝐴) ∈ (Unit‘𝐴)))
18	6, 16, 17	sylanbrc 595	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (Unit‘𝐴) ⊆ ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)}))
19		eqid 2763	. . . . 5 ⊢ (RLReg‘𝐴) = (RLReg‘𝐴)
20		assafld.k	. . . . 5 ⊢ 𝐾 = (Scalar‘𝐴)
21		assafld.a	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ AssAlg)
22	21	adantr 486	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)})) → 𝐴 ∈ AssAlg)
23		assafld.2	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ DivRing)
24	23	adantr 486	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)})) → 𝐾 ∈ DivRing)
25		assafld.3	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (dim‘𝐴) ∈ ℕ0)
26	25	adantr 486	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)})) → (dim‘𝐴) ∈ ℕ0)
27	8	adantr 486	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)})) → 𝐴 ∈ Domn)
28		simpr 490	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)})) → 𝑥 ∈ ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)}))
29	28	eldifad 4054	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)})) → 𝑥 ∈ (Base‘𝐴))
30		eldifsni 4753	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)}) → 𝑥 ≠ (0g‘𝐴))
31	28, 30	syl 18	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)})) → 𝑥 ≠ (0g‘𝐴))
32	3, 19, 7	domnrrg 20994	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ Domn ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐴) ∧ 𝑥 ≠ (0g‘𝐴)) → 𝑥 ∈ (RLReg‘𝐴))
33	27, 29, 31, 32	syl3anc 1399	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)})) → 𝑥 ∈ (RLReg‘𝐴))
34	19, 4, 20, 22, 24, 26, 33	assarrginv 34338	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)})) → 𝑥 ∈ (Unit‘𝐴))
35	18, 34	eqelssd 3934	. . 3 ⊢ (𝜑 → (Unit‘𝐴) = ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)}))
36	3, 4, 7	isdrng 21014	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ DivRing ↔ (𝐴 ∈ Ring ∧ (Unit‘𝐴) = ((Base‘𝐴) ∖ {(0g‘𝐴)})))
37	2, 35, 36	sylanbrc 595	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ DivRing)
38	1	idomcringd 21008	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ CRing)
39		isfld 21023	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ Field ↔ (𝐴 ∈ DivRing ∧ 𝐴 ∈ CRing))
40	37, 38, 39	sylanbrc 595	1 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Field)

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959   ⊆ wss 3900   ∖ cdif 4048  {csn 4588  ‘cfv 6558  ℕ₀cn0 12633  Basecbs 17416  Scalarcsca 17460  0_gc0g 17639  Ringcrg 20489  CRingccrg 20490  Unitcui 20615  NzRingcnzr 20792  RLRegcrlreg 20973  Domncdomn 20974  IDomncidom 20975  DivRingcdr 21010  Fieldcfield 21011  AssAlgcasa 22188  dimcldim 34301

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-inf2 9669  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-tp 4593  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-iin 4957  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-of 7717  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-2o 8505  df-oadd 8508  df-er 8745  df-map 8877  df-ixp 8954  df-en 9002  df-dom 9003  df-sdom 9004  df-fin 9005  df-fsupp 9382  df-sup 9461  df-oi 9531  df-dju 10009  df-card 10047  df-acn 10050  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-9 12439  df-n0 12634  df-xnn0 12707  df-z 12721  df-dec 12842  df-uz 12993  df-xadd 13269  df-fz 13667  df-fzo 13816  df-seq 14172  df-hash 14502  df-struct 17354  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-tset 17476  df-ple 17477  df-ocomp 17478  df-ds 17479  df-hom 17481  df-cco 17482  df-0g 17641  df-gsum 17642  df-prds 17647  df-pws 17649  df-mre 17785  df-mrc 17786  df-mri 17787  df-acs 17788  df-proset 18497  df-drs 18498  df-poset 18516  df-ipo 18731  df-mgm 18845  df-sgrp 18937  df-mnd 18953  df-mhm 19007  df-submnd 19008  df-grp 19176  df-minusg 19177  df-sbg 19178  df-mulg 19307  df-subg 19362  df-ghm 19457  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-nzr 20793  df-subrg 20852  df-rlreg 20976  df-domn 20977  df-idom 20978  df-drng 21012  df-field 21013  df-lmod 21167  df-lss 21237  df-lsp 21277  df-lmhm 21327  df-lmim 21328  df-lbs 21380  df-lvec 21408  df-sra 21478  df-rgmod 21479  df-dsmm 22068  df-frlm 22083  df-uvc 22119  df-lindf 22142  df-linds 22143  df-assa 22191  df-dim 34302

This theorem is used by:  fldextrspunfld  34378