Theorem isdrng2 20977

Description: A division ring can equivalently be defined as a ring such that the nonzero elements form a group under multiplication (from which it follows that this is the same group as the group of units). (Contributed by Mario Carneiro, 2-Dec-2014.) (Proof shortened by AV, 12-Sep-2026.)

Hypotheses

Ref	Expression
isdrng2.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝑅)
isdrng2.z	⊢ 0 = (0g‘𝑅)
isdrng2.g	⊢ 𝐺 = ((mulGrp‘𝑅) ↾s (𝐵 ∖ { 0 }))

Assertion

Ref	Expression
isdrng2	⊢ (𝑅 ∈ DivRing ↔ (𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp))

Proof of Theorem isdrng2

Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		isdrng2.b	. . 3 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝑅)
2		isdrng2.z	. . 3 ⊢ 0 = (0g‘𝑅)
3		isdrng2.g	. . 3 ⊢ 𝐺 = ((mulGrp‘𝑅) ↾s (𝐵 ∖ { 0 }))
4	1, 2, 3	drngprops 20976	. 2 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp))
5		simpl 488	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → 𝑅 ∈ Ring)
6		eqid 2761	. . . . . . . . 9 ⊢ (Unit‘𝑅) = (Unit‘𝑅)
7	1, 6	unitcl 20585	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (Unit‘𝑅) → 𝑥 ∈ 𝐵)
8	7	adantl 487	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → 𝑥 ∈ 𝐵)
9		difss 4083	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝐵 ∖ { 0 }) ⊆ 𝐵
10		eqid 2761	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (mulGrp‘𝑅) = (mulGrp‘𝑅)
11	10, 1	mgpbas 20345	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ 𝐵 = (Base‘(mulGrp‘𝑅))
12	3, 11	ressbas2 17396	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝐵 ∖ { 0 }) ⊆ 𝐵 → (𝐵 ∖ { 0 }) = (Base‘𝐺))
13	9, 12	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐵 ∖ { 0 }) = (Base‘𝐺)
14		eqid 2761	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
15	13, 14	grpidcl 19156	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (0g‘𝐺) ∈ (𝐵 ∖ { 0 }))
16	15	ad2antlr 740	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → (0g‘𝐺) ∈ (𝐵 ∖ { 0 }))
17	16	eldifsnbd 4749	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → (0g‘𝐺) ≠ 0 )
18		simpll 779	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → 𝑅 ∈ Ring)
19	16	eldifad 3911	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → (0g‘𝐺) ∈ 𝐵)
20		simpr 490	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅))
21		eqid 2761	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (/r‘𝑅) = (/r‘𝑅)
22		eqid 2761	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (.r‘𝑅) = (.r‘𝑅)
23	1, 6, 21, 22	dvrcan1 20619	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ (0g‘𝐺) ∈ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → (((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥)(.r‘𝑅)𝑥) = (0g‘𝐺))
24	18, 19, 20, 23	syl3anc 1398	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → (((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥)(.r‘𝑅)𝑥) = (0g‘𝐺))
25	1, 6, 21	dvrcl 20614	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ (0g‘𝐺) ∈ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → ((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥) ∈ 𝐵)
26	18, 19, 20, 25	syl3anc 1398	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → ((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥) ∈ 𝐵)
27	1, 22, 2, 18, 26	ringrzd 20507	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → (((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥)(.r‘𝑅) 0 ) = 0 )
28	17, 24, 27	3netr4d 3033	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → (((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥)(.r‘𝑅)𝑥) ≠ (((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥)(.r‘𝑅) 0 ))
29		oveq2 7420	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 0 → (((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥)(.r‘𝑅)𝑥) = (((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥)(.r‘𝑅) 0 ))
30	29	necon3i 2988	. . . . . . . 8 ⊢ ((((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥)(.r‘𝑅)𝑥) ≠ (((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥)(.r‘𝑅) 0 ) → 𝑥 ≠ 0 )
31	28, 30	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → 𝑥 ≠ 0 )
32	8, 31	eldifsnd 4750	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }))
33	32	ex 418	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → (𝑥 ∈ (Unit‘𝑅) → 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })))
34	33	ssrdv 3937	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → (Unit‘𝑅) ⊆ (𝐵 ∖ { 0 }))
35		eldifi 4078	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) → 𝑥 ∈ 𝐵)
36	35	adantl 487	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → 𝑥 ∈ 𝐵)
37		eqid 2761	. . . . . . . . . 10 ⊢ (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
38	13, 37	grpinvcl 19178	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ (𝐵 ∖ { 0 }))
39	38	adantll 727	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ (𝐵 ∖ { 0 }))
40	39	eldifad 3911	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐵)
41		eqid 2761	. . . . . . . 8 ⊢ (∥r‘𝑅) = (∥r‘𝑅)
42	1, 41, 22	dvdsrmul 20574	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐵 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐵) → 𝑥(∥r‘𝑅)(((invg‘𝐺)‘𝑥)(.r‘𝑅)𝑥))
43	36, 40, 42	syl2anc 596	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → 𝑥(∥r‘𝑅)(((invg‘𝐺)‘𝑥)(.r‘𝑅)𝑥))
44	1	fvexi 6891	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝐵 ∈ V
45		difexg 5291	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐵 ∈ V → (𝐵 ∖ { 0 }) ∈ V)
46	10, 22	mgpplusg 20344	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (.r‘𝑅) = (+g‘(mulGrp‘𝑅))
47	3, 46	ressplusg 17442	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐵 ∖ { 0 }) ∈ V → (.r‘𝑅) = (+g‘𝐺))
48	44, 45, 47	mp2b 10	. . . . . . . . 9 ⊢ (.r‘𝑅) = (+g‘𝐺)
49	13, 48, 14, 37	grplinv 19180	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → (((invg‘𝐺)‘𝑥)(.r‘𝑅)𝑥) = (0g‘𝐺))
50	49	adantll 727	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → (((invg‘𝐺)‘𝑥)(.r‘𝑅)𝑥) = (0g‘𝐺))
51		eqid 2761	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (1r‘𝑅) = (1r‘𝑅)
52	1, 51	ringidcl 20474	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (1r‘𝑅) ∈ 𝐵)
53	1, 22, 51	ringlidm 20478	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ (1r‘𝑅) ∈ 𝐵) → ((1r‘𝑅)(.r‘𝑅)(1r‘𝑅)) = (1r‘𝑅))
54	52, 53	mpdan 700	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → ((1r‘𝑅)(.r‘𝑅)(1r‘𝑅)) = (1r‘𝑅))
55	54	adantr 486	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → ((1r‘𝑅)(.r‘𝑅)(1r‘𝑅)) = (1r‘𝑅))
56		simpr 490	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → 𝐺 ∈ Grp)
57	6, 51	1unit 20584	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (1r‘𝑅) ∈ (Unit‘𝑅))
58	57	adantr 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → (1r‘𝑅) ∈ (Unit‘𝑅))
59	34, 58	sseldd 3932	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → (1r‘𝑅) ∈ (𝐵 ∖ { 0 }))
60	13, 48, 14	grpid 19166	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (1r‘𝑅) ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → (((1r‘𝑅)(.r‘𝑅)(1r‘𝑅)) = (1r‘𝑅) ↔ (0g‘𝐺) = (1r‘𝑅)))
61	56, 59, 60	syl2anc 596	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → (((1r‘𝑅)(.r‘𝑅)(1r‘𝑅)) = (1r‘𝑅) ↔ (0g‘𝐺) = (1r‘𝑅)))
62	55, 61	mpbid 235	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → (0g‘𝐺) = (1r‘𝑅))
63	62	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → (0g‘𝐺) = (1r‘𝑅))
64	50, 63	eqtrd 2796	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → (((invg‘𝐺)‘𝑥)(.r‘𝑅)𝑥) = (1r‘𝑅))
65	43, 64	breqtrd 5131	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → 𝑥(∥r‘𝑅)(1r‘𝑅))
66		eqid 2761	. . . . . . . . 9 ⊢ (oppr‘𝑅) = (oppr‘𝑅)
67	66, 1	opprbas 20553	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐵 = (Base‘(oppr‘𝑅))
68		eqid 2761	. . . . . . . 8 ⊢ (∥r‘(oppr‘𝑅)) = (∥r‘(oppr‘𝑅))
69		eqid 2761	. . . . . . . 8 ⊢ (.r‘(oppr‘𝑅)) = (.r‘(oppr‘𝑅))
70	67, 68, 69	dvdsrmul 20574	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐵 ∧ ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐵) → 𝑥(∥r‘(oppr‘𝑅))(((invg‘𝐺)‘𝑥)(.r‘(oppr‘𝑅))𝑥))
71	36, 40, 70	syl2anc 596	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → 𝑥(∥r‘(oppr‘𝑅))(((invg‘𝐺)‘𝑥)(.r‘(oppr‘𝑅))𝑥))
72	1, 22, 66, 69	opprmul 20550	. . . . . . 7 ⊢ (((invg‘𝐺)‘𝑥)(.r‘(oppr‘𝑅))𝑥) = (𝑥(.r‘𝑅)((invg‘𝐺)‘𝑥))
73	13, 48, 14, 37	grprinv 19181	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → (𝑥(.r‘𝑅)((invg‘𝐺)‘𝑥)) = (0g‘𝐺))
74	73	adantll 727	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → (𝑥(.r‘𝑅)((invg‘𝐺)‘𝑥)) = (0g‘𝐺))
75	74, 63	eqtrd 2796	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → (𝑥(.r‘𝑅)((invg‘𝐺)‘𝑥)) = (1r‘𝑅))
76	72, 75	eqtrid 2808	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → (((invg‘𝐺)‘𝑥)(.r‘(oppr‘𝑅))𝑥) = (1r‘𝑅))
77	71, 76	breqtrd 5131	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → 𝑥(∥r‘(oppr‘𝑅))(1r‘𝑅))
78	6, 51, 41, 66, 68	isunit 20583	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ (Unit‘𝑅) ↔ (𝑥(∥r‘𝑅)(1r‘𝑅) ∧ 𝑥(∥r‘(oppr‘𝑅))(1r‘𝑅)))
79	65, 77, 78	sylanbrc 595	. . . 4 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅))
80	34, 79	eqelssd 3952	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → (Unit‘𝑅) = (𝐵 ∖ { 0 }))
81	1, 6, 2	isdrng 20964	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing ↔ (𝑅 ∈ Ring ∧ (Unit‘𝑅) = (𝐵 ∖ { 0 })))
82	5, 80, 81	sylanbrc 595	. 2 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → 𝑅 ∈ DivRing)
83	4, 82	impbii 212	1 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing ↔ (𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp))

This proof depends on syntax axioms:   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2956  Vcvv 3451   ∖ cdif 3896   ⊆ wss 3899  {csn 4584   class class class wbr 5103  ‘cfv 6531  (class class class)co 7412  Basecbs 17367   ↾_s cress 17388  +_gcplusg 17408  ._rcmulr 17409  0_gc0g 17590  Grpcgrp 19124  inv_gcminusg 19125  mulGrpcmgp 20340  1_rcur 20387  Ringcrg 20439  opp_rcoppr 20546  ∥_rcdsr 20564  Unitcui 20565  /_rcdvr 20610  DivRingcdr 20960

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 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7740  ax-cnex 11237  ax-resscn 11238  ax-1cn 11239  ax-icn 11240  ax-addcl 11241  ax-addrcl 11242  ax-mulcl 11243  ax-mulrcl 11244  ax-mulcom 11245  ax-addass 11246  ax-mulass 11247  ax-distr 11248  ax-i2m1 11249  ax-1ne0 11250  ax-1rid 11251  ax-rnegex 11252  ax-rrecex 11253  ax-cnre 11254  ax-pre-lttri 11255  ax-pre-lttrn 11256  ax-pre-ltadd 11257  ax-pre-mulgt0 11258

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 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6297  df-ord 6358  df-on 6359  df-lim 6360  df-suc 6361  df-iota 6487  df-fun 6533  df-fn 6534  df-f 6535  df-f1 6536  df-fo 6537  df-f1o 6538  df-fv 6539  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-om 7867  df-1st 7990  df-2nd 7991  df-tpos 8227  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8363  df-rdg 8402  df-er 8701  df-en 8958  df-dom 8959  df-sdom 8960  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11524  df-neg 11525  df-nn 12317  df-2 12386  df-3 12387  df-sets 17322  df-slot 17340  df-ndx 17352  df-base 17368  df-ress 17389  df-plusg 17421  df-mulr 17422  df-0g 17592  df-mgm 18796  df-sgrp 18888  df-mnd 18904  df-grp 19127  df-minusg 19128  df-cmn 19976  df-abl 19977  df-mgp 20341  df-rng 20355  df-ur 20388  df-ring 20441  df-oppr 20547  df-dvdsr 20567  df-unit 20568  df-invr 20598  df-dvr 20611  df-drng 20962

This theorem is used by:  drngmgp  20979  isdrng3lem1  20985  isdrng3  20987  isdrngd  21002  isdrngdOLD  21004  subdrgint  21040