Theorem elirng 34140

Description: Property for an element 𝑋 of a field 𝑅 to be integral over a subring 𝑆. (Contributed by Thierry Arnoux, 28-Jan-2025.)

Hypotheses

Ref	Expression
irngval.o	⊢ 𝑂 = (𝑅 evalSub1 𝑆)
irngval.u	⊢ 𝑈 = (𝑅 ↾s 𝑆)
irngval.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝑅)
irngval.0	⊢ 0 = (0g‘𝑅)
elirng.r	⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ CRing)
elirng.s	⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ (SubRing‘𝑅))

Assertion

Ref	Expression
elirng	⊢ (𝜑 → (𝑋 ∈ (𝑅 IntgRing 𝑆) ↔ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ ∃𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)((𝑂‘𝑓)‘𝑋) = 0 )))

Distinct variable groups:   𝐵,𝑓   𝑓,𝑂   𝑅,𝑓   𝑆,𝑓   𝑈,𝑓   𝑓,𝑋   𝜑,𝑓

Allowed substitution hint:   0 (𝑓)

Proof of Theorem elirng

Step	Hyp	Ref	Expression
1		irngval.o	. . . . . 6 ⊢ 𝑂 = (𝑅 evalSub1 𝑆)
2		irngval.u	. . . . . 6 ⊢ 𝑈 = (𝑅 ↾s 𝑆)
3		irngval.b	. . . . . 6 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝑅)
4		irngval.0	. . . . . 6 ⊢ 0 = (0g‘𝑅)
5		elirng.r	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ CRing)
6	5	crngringd 20372	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ Ring)
7		elirng.s	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ (SubRing‘𝑅))
8	3	subrgss 20721	. . . . . . 7 ⊢ (𝑆 ∈ (SubRing‘𝑅) → 𝑆 ⊆ 𝐵)
9	7, 8	syl 18	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ⊆ 𝐵)
10	1, 2, 3, 4, 6, 9	irngval 34139	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑅 IntgRing 𝑆) = ∪ 𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)(◡(𝑂‘𝑓) “ { 0 }))
11	10	eleq2d 2851	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑋 ∈ (𝑅 IntgRing 𝑆) ↔ 𝑋 ∈ ∪ 𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)(◡(𝑂‘𝑓) “ { 0 })))
12		eliun 4962	. . . 4 ⊢ (𝑋 ∈ ∪ 𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)(◡(𝑂‘𝑓) “ { 0 }) ↔ ∃𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)𝑋 ∈ (◡(𝑂‘𝑓) “ { 0 }))
13	11, 12	bitrdi 290	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑋 ∈ (𝑅 IntgRing 𝑆) ↔ ∃𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)𝑋 ∈ (◡(𝑂‘𝑓) “ { 0 })))
14		eqid 2765	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ↑s 𝐵) = (𝑅 ↑s 𝐵)
15		eqid 2765	. . . . . 6 ⊢ (Base‘(𝑅 ↑s 𝐵)) = (Base‘(𝑅 ↑s 𝐵))
16	6	adantr 486	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)) → 𝑅 ∈ Ring)
17	3	fvexi 6899	. . . . . . 7 ⊢ 𝐵 ∈ V
18	17	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)) → 𝐵 ∈ V)
19		eqid 2765	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (Poly1‘𝑈) = (Poly1‘𝑈)
20	1, 3, 14, 2, 19	evls1rhm 22532	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑆 ∈ (SubRing‘𝑅)) → 𝑂 ∈ ((Poly1‘𝑈) RingHom (𝑅 ↑s 𝐵)))
21	5, 7, 20	syl2anc 596	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑂 ∈ ((Poly1‘𝑈) RingHom (𝑅 ↑s 𝐵)))
22		eqid 2765	. . . . . . . . . 10 ⊢ (Base‘(Poly1‘𝑈)) = (Base‘(Poly1‘𝑈))
23	22, 15	rhmf 20613	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑂 ∈ ((Poly1‘𝑈) RingHom (𝑅 ↑s 𝐵)) → 𝑂:(Base‘(Poly1‘𝑈))⟶(Base‘(𝑅 ↑s 𝐵)))
24	21, 23	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑂:(Base‘(Poly1‘𝑈))⟶(Base‘(𝑅 ↑s 𝐵)))
25	24	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)) → 𝑂:(Base‘(Poly1‘𝑈))⟶(Base‘(𝑅 ↑s 𝐵)))
26		eqid 2765	. . . . . . . . 9 ⊢ (Monic1p‘𝑈) = (Monic1p‘𝑈)
27	19, 22, 26	mon1pcl 26353	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈) → 𝑓 ∈ (Base‘(Poly1‘𝑈)))
28	27	adantl 487	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)) → 𝑓 ∈ (Base‘(Poly1‘𝑈)))
29	25, 28	ffvelcdmd 7084	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)) → (𝑂‘𝑓) ∈ (Base‘(𝑅 ↑s 𝐵)))
30	14, 3, 15, 16, 18, 29	pwselbas 17564	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)) → (𝑂‘𝑓):𝐵⟶𝐵)
31		ffn 6709	. . . . 5 ⊢ ((𝑂‘𝑓):𝐵⟶𝐵 → (𝑂‘𝑓) Fn 𝐵)
32		fniniseg 7059	. . . . 5 ⊢ ((𝑂‘𝑓) Fn 𝐵 → (𝑋 ∈ (◡(𝑂‘𝑓) “ { 0 }) ↔ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ ((𝑂‘𝑓)‘𝑋) = 0 )))
33	30, 31, 32	3syl 19	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)) → (𝑋 ∈ (◡(𝑂‘𝑓) “ { 0 }) ↔ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ ((𝑂‘𝑓)‘𝑋) = 0 )))
34	33	rexbidva 3189	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)𝑋 ∈ (◡(𝑂‘𝑓) “ { 0 }) ↔ ∃𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)(𝑋 ∈ 𝐵 ∧ ((𝑂‘𝑓)‘𝑋) = 0 )))
35	13, 34	bitrd 282	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑋 ∈ (𝑅 IntgRing 𝑆) ↔ ∃𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)(𝑋 ∈ 𝐵 ∧ ((𝑂‘𝑓)‘𝑋) = 0 )))
36		r19.42v 3199	. 2 ⊢ (∃𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)(𝑋 ∈ 𝐵 ∧ ((𝑂‘𝑓)‘𝑋) = 0 ) ↔ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ ∃𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)((𝑂‘𝑓)‘𝑋) = 0 ))
37	35, 36	bitrdi 290	1 ⊢ (𝜑 → (𝑋 ∈ (𝑅 IntgRing 𝑆) ↔ (𝑋 ∈ 𝐵 ∧ ∃𝑓 ∈ (Monic1p‘𝑈)((𝑂‘𝑓)‘𝑋) = 0 )))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2146  ∃wrex 3091  Vcvv 3457   ⊆ wss 3906  {csn 4591  ∪ ciun 4958  ^◡ccnv 5662   “ cima 5666   Fn wfn 6535  ⟶wf 6536  ‘cfv 6540  (class class class)co 7419  Basecbs 17291   ↾_s cress 17312  0_gc0g 17514   ↑_s cpws 17521  Ringcrg 20359  CRingccrg 20360   RingHom crh 20597  SubRingcsubrg 20718  Poly₁cpl1 22387   evalSub₁ ces1 22523  Monic_1pcmn1 26334   IntgRing cirng 34137

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 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2737  ax-rep 5240  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7742  ax-cnex 11171  ax-resscn 11172  ax-1cn 11173  ax-icn 11174  ax-addcl 11175  ax-addrcl 11176  ax-mulcl 11177  ax-mulrcl 11178  ax-mulcom 11179  ax-addass 11180  ax-mulass 11181  ax-distr 11182  ax-i2m1 11183  ax-1ne0 11184  ax-1rid 11185  ax-rnegex 11186  ax-rrecex 11187  ax-cnre 11188  ax-pre-lttri 11189  ax-pre-lttrn 11190  ax-pre-ltadd 11191  ax-pre-mulgt0 11192

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 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3067  df-ral 3082  df-rex 3092  df-rmo 3371  df-reu 3372  df-rab 3419  df-v 3459  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4287  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-tp 4596  df-op 4598  df-uni 4875  df-int 4915  df-iun 4960  df-iin 4961  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-tr 5221  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-se 5617  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6306  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6496  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-isom 6549  df-riota 7376  df-ov 7422  df-oprab 7423  df-mpo 7424  df-of 7684  df-ofr 7685  df-om 7869  df-1st 7992  df-2nd 7993  df-supp 8163  df-frecs 8284  df-wrecs 8315  df-recs 8364  df-rdg 8403  df-1o 8459  df-2o 8460  df-er 8700  df-map 8832  df-pm 8833  df-ixp 8902  df-en 8950  df-dom 8951  df-sdom 8952  df-fin 8953  df-fsupp 9329  df-sup 9409  df-oi 9479  df-card 9941  df-pnf 11260  df-mnf 11261  df-xr 11262  df-ltxr 11263  df-le 11264  df-sub 11458  df-neg 11459  df-nn 12249  df-2 12318  df-3 12319  df-4 12320  df-5 12321  df-6 12322  df-7 12323  df-8 12324  df-9 12325  df-n0 12520  df-z 12607  df-dec 12728  df-uz 12879  df-fz 13552  df-fzo 13700  df-seq 14056  df-hash 14385  df-struct 17229  df-sets 17246  df-slot 17264  df-ndx 17276  df-base 17292  df-ress 17313  df-plusg 17345  df-mulr 17346  df-sca 17348  df-vsca 17349  df-ip 17350  df-tset 17351  df-ple 17352  df-ds 17354  df-hom 17356  df-cco 17357  df-0g 17516  df-gsum 17517  df-prds 17522  df-pws 17524  df-mre 17660  df-mrc 17661  df-acs 17663  df-mgm 18720  df-sgrp 18809  df-mnd 18825  df-mhm 18878  df-submnd 18879  df-grp 19047  df-minusg 19048  df-sbg 19049  df-mulg 19178  df-subg 19233  df-ghm 19328  df-cntz 19431  df-cmn 19896  df-abl 19897  df-mgp 20261  df-rng 20275  df-ur 20308  df-srg 20313  df-ring 20361  df-cring 20362  df-rhm 20600  df-subrng 20695  df-subrg 20719  df-lmod 21033  df-lss 21103  df-lsp 21143  df-assa 22053  df-asp 22054  df-ascl 22055  df-psr 22109  df-mvr 22110  df-mpl 22111  df-opsr 22113  df-evls 22275  df-psr1 22390  df-ply1 22392  df-evls1 22525  df-mon1 26339  df-irng 34138

This theorem is used by:  irngss  34141  irngssv  34142  0ringirng  34143  irngnzply1lem  34144  irngnzply1  34145  minplyelirng  34169  irredminply  34170  rtelextdg2lem  34180