MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  isdomn4 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem isdomn4 20693
Description: A ring is a domain iff it is nonzero and the left cancellation law for multiplication holds. (Contributed by SN, 15-Sep-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
isdomn4.b 𝐵 = (Base‘𝑅)
isdomn4.0 0 = (0g𝑅)
isdomn4.x · = (.r𝑅)
Assertion
Ref Expression
isdomn4 (𝑅 ∈ Domn ↔ (𝑅 ∈ NzRing ∧ ∀𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })∀𝑏𝐵𝑐𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) → 𝑏 = 𝑐)))
Distinct variable groups:   𝐵,𝑎,𝑏,𝑐   0 ,𝑎,𝑏,𝑐   · ,𝑐   𝑅,𝑎,𝑏,𝑐
Allowed substitution hints:   · (𝑎,𝑏)

Proof of Theorem isdomn4
StepHypRef Expression
1 domnnzr 20683 . . 3 (𝑅 ∈ Domn → 𝑅 ∈ NzRing)
2 isdomn4.b . . . . . . . 8 𝐵 = (Base‘𝑅)
3 isdomn4.x . . . . . . . 8 · = (.r𝑅)
4 eqid 2736 . . . . . . . 8 (-g𝑅) = (-g𝑅)
5 domnring 20684 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ Domn → 𝑅 ∈ Ring)
65adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → 𝑅 ∈ Ring)
7 eldifi 4071 . . . . . . . . . 10 (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) → 𝑎𝐵)
873ad2ant1 1134 . . . . . . . . 9 ((𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵) → 𝑎𝐵)
98adantl 481 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → 𝑎𝐵)
10 simpr2 1197 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → 𝑏𝐵)
11 simpr3 1198 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → 𝑐𝐵)
122, 3, 4, 6, 9, 10, 11ringsubdi 20288 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → (𝑎 · (𝑏(-g𝑅)𝑐)) = ((𝑎 · 𝑏)(-g𝑅)(𝑎 · 𝑐)))
1312eqeq1d 2738 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → ((𝑎 · (𝑏(-g𝑅)𝑐)) = 0 ↔ ((𝑎 · 𝑏)(-g𝑅)(𝑎 · 𝑐)) = 0 ))
14 simpll 767 . . . . . . . . 9 (((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) ∧ (𝑏(-g𝑅)𝑐) ≠ 0 ) → 𝑅 ∈ Domn)
159adantr 480 . . . . . . . . 9 (((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) ∧ (𝑏(-g𝑅)𝑐) ≠ 0 ) → 𝑎𝐵)
16 eldifsni 4735 . . . . . . . . . . 11 (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) → 𝑎0 )
17163ad2ant1 1134 . . . . . . . . . 10 ((𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵) → 𝑎0 )
1817ad2antlr 728 . . . . . . . . 9 (((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) ∧ (𝑏(-g𝑅)𝑐) ≠ 0 ) → 𝑎0 )
195ringgrpd 20223 . . . . . . . . . . . 12 (𝑅 ∈ Domn → 𝑅 ∈ Grp)
202, 4grpsubcl 18996 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑅 ∈ Grp ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵) → (𝑏(-g𝑅)𝑐) ∈ 𝐵)
2119, 20syl3an1 1164 . . . . . . . . . . 11 ((𝑅 ∈ Domn ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵) → (𝑏(-g𝑅)𝑐) ∈ 𝐵)
22213adant3r1 1184 . . . . . . . . . 10 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → (𝑏(-g𝑅)𝑐) ∈ 𝐵)
2322adantr 480 . . . . . . . . 9 (((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) ∧ (𝑏(-g𝑅)𝑐) ≠ 0 ) → (𝑏(-g𝑅)𝑐) ∈ 𝐵)
24 simpr 484 . . . . . . . . 9 (((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) ∧ (𝑏(-g𝑅)𝑐) ≠ 0 ) → (𝑏(-g𝑅)𝑐) ≠ 0 )
25 isdomn4.0 . . . . . . . . . 10 0 = (0g𝑅)
262, 3, 25domnmuln0 20686 . . . . . . . . 9 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎𝐵𝑎0 ) ∧ ((𝑏(-g𝑅)𝑐) ∈ 𝐵 ∧ (𝑏(-g𝑅)𝑐) ≠ 0 )) → (𝑎 · (𝑏(-g𝑅)𝑐)) ≠ 0 )
2714, 15, 18, 23, 24, 26syl122anc 1382 . . . . . . . 8 (((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) ∧ (𝑏(-g𝑅)𝑐) ≠ 0 ) → (𝑎 · (𝑏(-g𝑅)𝑐)) ≠ 0 )
2827ex 412 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → ((𝑏(-g𝑅)𝑐) ≠ 0 → (𝑎 · (𝑏(-g𝑅)𝑐)) ≠ 0 ))
2928necon4d 2956 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → ((𝑎 · (𝑏(-g𝑅)𝑐)) = 0 → (𝑏(-g𝑅)𝑐) = 0 ))
3013, 29sylbird 260 . . . . 5 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → (((𝑎 · 𝑏)(-g𝑅)(𝑎 · 𝑐)) = 0 → (𝑏(-g𝑅)𝑐) = 0 ))
3119adantr 480 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → 𝑅 ∈ Grp)
32 id 22 . . . . . . . 8 (𝑏𝐵𝑏𝐵)
332, 3ringcl 20231 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑎𝐵𝑏𝐵) → (𝑎 · 𝑏) ∈ 𝐵)
345, 7, 32, 33syl3an 1161 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ Domn ∧ 𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵) → (𝑎 · 𝑏) ∈ 𝐵)
35343adant3r3 1186 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → (𝑎 · 𝑏) ∈ 𝐵)
36 id 22 . . . . . . . 8 (𝑐𝐵𝑐𝐵)
372, 3ringcl 20231 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑎𝐵𝑐𝐵) → (𝑎 · 𝑐) ∈ 𝐵)
385, 7, 36, 37syl3an 1161 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ Domn ∧ 𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑐𝐵) → (𝑎 · 𝑐) ∈ 𝐵)
39383adant3r2 1185 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → (𝑎 · 𝑐) ∈ 𝐵)
402, 25, 4grpsubeq0 19002 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ Grp ∧ (𝑎 · 𝑏) ∈ 𝐵 ∧ (𝑎 · 𝑐) ∈ 𝐵) → (((𝑎 · 𝑏)(-g𝑅)(𝑎 · 𝑐)) = 0 ↔ (𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐)))
4131, 35, 39, 40syl3anc 1374 . . . . 5 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → (((𝑎 · 𝑏)(-g𝑅)(𝑎 · 𝑐)) = 0 ↔ (𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐)))
422, 25, 4grpsubeq0 19002 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ Grp ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵) → ((𝑏(-g𝑅)𝑐) = 0𝑏 = 𝑐))
4331, 10, 11, 42syl3anc 1374 . . . . 5 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → ((𝑏(-g𝑅)𝑐) = 0𝑏 = 𝑐))
4430, 41, 433imtr3d 293 . . . 4 ((𝑅 ∈ Domn ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵𝑐𝐵)) → ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) → 𝑏 = 𝑐))
4544ralrimivvva 3183 . . 3 (𝑅 ∈ Domn → ∀𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })∀𝑏𝐵𝑐𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) → 𝑏 = 𝑐))
461, 45jca 511 . 2 (𝑅 ∈ Domn → (𝑅 ∈ NzRing ∧ ∀𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })∀𝑏𝐵𝑐𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) → 𝑏 = 𝑐)))
47 nzrring 20493 . . . . . . . . . . 11 (𝑅 ∈ NzRing → 𝑅 ∈ Ring)
4847ringgrpd 20223 . . . . . . . . . 10 (𝑅 ∈ NzRing → 𝑅 ∈ Grp)
492, 25grpidcl 18941 . . . . . . . . . 10 (𝑅 ∈ Grp → 0𝐵)
5048, 49syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ NzRing → 0𝐵)
5150adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ NzRing ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵)) → 0𝐵)
52 oveq2 7375 . . . . . . . . . . 11 (𝑐 = 0 → (𝑎 · 𝑐) = (𝑎 · 0 ))
5352eqeq2d 2747 . . . . . . . . . 10 (𝑐 = 0 → ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) ↔ (𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 0 )))
54 eqeq2 2748 . . . . . . . . . 10 (𝑐 = 0 → (𝑏 = 𝑐𝑏 = 0 ))
5553, 54imbi12d 344 . . . . . . . . 9 (𝑐 = 0 → (((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) → 𝑏 = 𝑐) ↔ ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 0 ) → 𝑏 = 0 )))
5655rspcv 3560 . . . . . . . 8 ( 0𝐵 → (∀𝑐𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) → 𝑏 = 𝑐) → ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 0 ) → 𝑏 = 0 )))
5751, 56syl 17 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ NzRing ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵)) → (∀𝑐𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) → 𝑏 = 𝑐) → ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 0 ) → 𝑏 = 0 )))
582, 3, 25ringrz 20275 . . . . . . . . . . 11 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑎𝐵) → (𝑎 · 0 ) = 0 )
5947, 7, 58syl2an 597 . . . . . . . . . 10 ((𝑅 ∈ NzRing ∧ 𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → (𝑎 · 0 ) = 0 )
6059adantrr 718 . . . . . . . . 9 ((𝑅 ∈ NzRing ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵)) → (𝑎 · 0 ) = 0 )
6160eqeq2d 2747 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ NzRing ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵)) → ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 0 ) ↔ (𝑎 · 𝑏) = 0 ))
6261imbi1d 341 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ NzRing ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵)) → (((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 0 ) → 𝑏 = 0 ) ↔ ((𝑎 · 𝑏) = 0𝑏 = 0 )))
6357, 62sylibd 239 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ NzRing ∧ (𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) ∧ 𝑏𝐵)) → (∀𝑐𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) → 𝑏 = 𝑐) → ((𝑎 · 𝑏) = 0𝑏 = 0 )))
6463ralimdvva 3184 . . . . 5 (𝑅 ∈ NzRing → (∀𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })∀𝑏𝐵𝑐𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) → 𝑏 = 𝑐) → ∀𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })∀𝑏𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = 0𝑏 = 0 )))
65 isdomn5 20687 . . . . 5 (∀𝑎𝐵𝑏𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = 0 → (𝑎 = 0𝑏 = 0 )) ↔ ∀𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })∀𝑏𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = 0𝑏 = 0 ))
6664, 65imbitrrdi 252 . . . 4 (𝑅 ∈ NzRing → (∀𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })∀𝑏𝐵𝑐𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) → 𝑏 = 𝑐) → ∀𝑎𝐵𝑏𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = 0 → (𝑎 = 0𝑏 = 0 ))))
6766imdistani 568 . . 3 ((𝑅 ∈ NzRing ∧ ∀𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })∀𝑏𝐵𝑐𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) → 𝑏 = 𝑐)) → (𝑅 ∈ NzRing ∧ ∀𝑎𝐵𝑏𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = 0 → (𝑎 = 0𝑏 = 0 ))))
682, 3, 25isdomn 20682 . . 3 (𝑅 ∈ Domn ↔ (𝑅 ∈ NzRing ∧ ∀𝑎𝐵𝑏𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = 0 → (𝑎 = 0𝑏 = 0 ))))
6967, 68sylibr 234 . 2 ((𝑅 ∈ NzRing ∧ ∀𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })∀𝑏𝐵𝑐𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) → 𝑏 = 𝑐)) → 𝑅 ∈ Domn)
7046, 69impbii 209 1 (𝑅 ∈ Domn ↔ (𝑅 ∈ NzRing ∧ ∀𝑎 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })∀𝑏𝐵𝑐𝐵 ((𝑎 · 𝑏) = (𝑎 · 𝑐) → 𝑏 = 𝑐)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  wo 848  w3a 1087   = wceq 1542  wcel 2114  wne 2932  wral 3051  cdif 3886  {csn 4567  cfv 6498  (class class class)co 7367  Basecbs 17179  .rcmulr 17221  0gc0g 17402  Grpcgrp 18909  -gcsg 18911  Ringcrg 20214  NzRingcnzr 20489  Domncdomn 20669
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-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5307  ax-pr 5375  ax-un 7689  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-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-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-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-om 7818  df-1st 7942  df-2nd 7943  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-er 8643  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  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-sets 17134  df-slot 17152  df-ndx 17164  df-base 17180  df-plusg 17233  df-0g 17404  df-mgm 18608  df-sgrp 18687  df-mnd 18703  df-grp 18912  df-minusg 18913  df-sbg 18914  df-cmn 19757  df-abl 19758  df-mgp 20122  df-rng 20134  df-ur 20163  df-ring 20216  df-nzr 20490  df-domn 20672
This theorem is referenced by:  isdomn4r  20696  domnlcanb  20697  domnlcanOLD  33341
  Copyright terms: Public domain W3C validator