Theorem isdrng2 21003

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 21002	. 2 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp))
5		simpl 488	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → 𝑅 ∈ Ring)
6		eqid 2760	. . . . . . . . 9 ⊢ (Unit‘𝑅) = (Unit‘𝑅)
7	1, 6	unitcl 20611	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (Unit‘𝑅) → 𝑥 ∈ 𝐵)
8	7	adantl 487	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → 𝑥 ∈ 𝐵)
9		difss 4072	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝐵 ∖ { 0 }) ⊆ 𝐵
10		eqid 2760	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (mulGrp‘𝑅) = (mulGrp‘𝑅)
11	10, 1	mgpbas 20371	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ 𝐵 = (Base‘(mulGrp‘𝑅))
12	3, 11	ressbas2 17422	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝐵 ∖ { 0 }) ⊆ 𝐵 → (𝐵 ∖ { 0 }) = (Base‘𝐺))
13	9, 12	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐵 ∖ { 0 }) = (Base‘𝐺)
14		eqid 2760	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
15	13, 14	grpidcl 19182	. . . . . . . . . . 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 4745	. . . . . . . . 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 4051	. . . . . . . . . 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 2760	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (/r‘𝑅) = (/r‘𝑅)
22		eqid 2760	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (.r‘𝑅) = (.r‘𝑅)
23	1, 6, 21, 22	dvrcan1 20645	. . . . . . . . . 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 20640	. . . . . . . . . . 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 20533	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (Unit‘𝑅)) → (((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥)(.r‘𝑅) 0 ) = 0 )
28	17, 24, 27	3netr4d 3032	. . . . . . . 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 7429	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 0 → (((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥)(.r‘𝑅)𝑥) = (((0g‘𝐺)(/r‘𝑅)𝑥)(.r‘𝑅) 0 ))
30	29	necon3i 2987	. . . . . . . 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 4746	. . . . . 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 3914	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → (Unit‘𝑅) ⊆ (𝐵 ∖ { 0 }))
35		eldifi 4067	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 }) → 𝑥 ∈ 𝐵)
36	35	adantl 487	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → 𝑥 ∈ 𝐵)
37		eqid 2760	. . . . . . . . . 10 ⊢ (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
38	13, 37	grpinvcl 19204	. . . . . . . . 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 4051	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → ((invg‘𝐺)‘𝑥) ∈ 𝐵)
41		eqid 2760	. . . . . . . 8 ⊢ (∥r‘𝑅) = (∥r‘𝑅)
42	1, 41, 22	dvdsrmul 20600	. . . . . . 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 6900	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝐵 ∈ V
45		difexg 5290	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐵 ∈ V → (𝐵 ∖ { 0 }) ∈ V)
46	10, 22	mgpplusg 20370	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (.r‘𝑅) = (+g‘(mulGrp‘𝑅))
47	3, 46	ressplusg 17468	. . . . . . . . . 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 19206	. . . . . . . 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 2760	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (1r‘𝑅) = (1r‘𝑅)
52	1, 51	ringidcl 20500	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (1r‘𝑅) ∈ 𝐵)
53	1, 22, 51	ringlidm 20504	. . . . . . . . . . 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 20610	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (1r‘𝑅) ∈ (Unit‘𝑅))
58	57	adantr 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → (1r‘𝑅) ∈ (Unit‘𝑅))
59	34, 58	sseldd 3909	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → (1r‘𝑅) ∈ (𝐵 ∖ { 0 }))
60	13, 48, 14	grpid 19192	. . . . . . . . . 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 2795	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → (((invg‘𝐺)‘𝑥)(.r‘𝑅)𝑥) = (1r‘𝑅))
65	43, 64	breqtrd 5130	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → 𝑥(∥r‘𝑅)(1r‘𝑅))
66		eqid 2760	. . . . . . . . 9 ⊢ (oppr‘𝑅) = (oppr‘𝑅)
67	66, 1	opprbas 20579	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐵 = (Base‘(oppr‘𝑅))
68		eqid 2760	. . . . . . . 8 ⊢ (∥r‘(oppr‘𝑅)) = (∥r‘(oppr‘𝑅))
69		eqid 2760	. . . . . . . 8 ⊢ (.r‘(oppr‘𝑅)) = (.r‘(oppr‘𝑅))
70	67, 68, 69	dvdsrmul 20600	. . . . . . 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 20576	. . . . . . 7 ⊢ (((invg‘𝐺)‘𝑥)(.r‘(oppr‘𝑅))𝑥) = (𝑥(.r‘𝑅)((invg‘𝐺)‘𝑥))
73	13, 48, 14, 37	grprinv 19207	. . . . . . . . 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 2795	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → (𝑥(.r‘𝑅)((invg‘𝐺)‘𝑥)) = (1r‘𝑅))
76	72, 75	eqtrid 2807	. . . . . 6 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → (((invg‘𝐺)‘𝑥)(.r‘(oppr‘𝑅))𝑥) = (1r‘𝑅))
77	71, 76	breqtrd 5130	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) ∧ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ { 0 })) → 𝑥(∥r‘(oppr‘𝑅))(1r‘𝑅))
78	6, 51, 41, 66, 68	isunit 20609	. . . . 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 3929	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐺 ∈ Grp) → (Unit‘𝑅) = (𝐵 ∖ { 0 }))
81	1, 6, 2	isdrng 20990	. . 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 1569   ∈ wcel 2144   ≠ wne 2955  Vcvv 3450   ⊆ wss 3895   ∖ cdif 4045  {csn 4584   class class class wbr 5102  ‘cfv 6539  (class class class)co 7421  Basecbs 17393   ↾_s cress 17414  +_gcplusg 17434  ._rcmulr 17435  0_gc0g 17616  Grpcgrp 19150  inv_gcminusg 19151  mulGrpcmgp 20366  1_rcur 20413  Ringcrg 20465  opp_rcoppr 20572  ∥_rcdsr 20590  Unitcui 20591  /_rcdvr 20636  DivRingcdr 20986

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7752  ax-cnex 11260  ax-resscn 11261  ax-1cn 11262  ax-icn 11263  ax-addcl 11264  ax-addrcl 11265  ax-mulcl 11266  ax-mulrcl 11267  ax-mulcom 11268  ax-addass 11269  ax-mulass 11270  ax-distr 11271  ax-i2m1 11272  ax-1ne0 11273  ax-1rid 11274  ax-rnegex 11275  ax-rrecex 11276  ax-cnre 11277  ax-pre-lttri 11278  ax-pre-lttrn 11279  ax-pre-ltadd 11280  ax-pre-mulgt0 11281

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6541  df-fn 6542  df-f 6543  df-f1 6544  df-fo 6545  df-f1o 6546  df-fv 6547  df-riota 7378  df-ov 7424  df-oprab 7425  df-mpo 7426  df-om 7879  df-1st 8002  df-2nd 8003  df-tpos 8247  df-frecs 8303  df-wrecs 8334  df-recs 8383  df-rdg 8422  df-er 8721  df-en 8978  df-dom 8979  df-sdom 8980  df-pnf 11349  df-mnf 11350  df-xr 11351  df-ltxr 11352  df-le 11353  df-sub 11547  df-neg 11548  df-nn 12340  df-2 12409  df-3 12410  df-sets 17348  df-slot 17366  df-ndx 17378  df-base 17394  df-ress 17415  df-plusg 17447  df-mulr 17448  df-0g 17618  df-mgm 18822  df-sgrp 18914  df-mnd 18930  df-grp 19153  df-minusg 19154  df-cmn 20002  df-abl 20003  df-mgp 20367  df-rng 20381  df-ur 20414  df-ring 20467  df-oppr 20573  df-dvdsr 20593  df-unit 20594  df-invr 20624  df-dvr 20637  df-drng 20988

This theorem is used by:  drngmgp  21005  isdrng3lem1  21011  isdrng3  21013  isdrngd  21028  isdrngdOLD  21030  subdrgint  21066