Theorem primefld 20272

Description: The smallest sub division ring of a division ring, here named 𝑃, is a field, called the Prime Field of 𝑅. (Suggested by GL, 4-Aug-2023.) (Contributed by Thierry Arnoux, 21-Aug-2023.)

Hypothesis

Ref	Expression
primefld.1	⊢ 𝑃 = (𝑅 ↾s ∩ (SubDRing‘𝑅))

Assertion

Ref	Expression
primefld	⊢ (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ Field)

Proof of Theorem primefld

Dummy variables 𝑠 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		primefld.1	. . 3 ⊢ 𝑃 = (𝑅 ↾s ∩ (SubDRing‘𝑅))
2		id 22	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → 𝑅 ∈ DivRing)
3		issdrg 20261	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅) ↔ (𝑅 ∈ DivRing ∧ 𝑠 ∈ (SubRing‘𝑅) ∧ (𝑅 ↾s 𝑠) ∈ DivRing))
4	3	simp2bi 1146	. . . . 5 ⊢ (𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅) → 𝑠 ∈ (SubRing‘𝑅))
5	4	ssriv 3948	. . . 4 ⊢ (SubDRing‘𝑅) ⊆ (SubRing‘𝑅)
6	5	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ⊆ (SubRing‘𝑅))
7		eqid 2736	. . . . 5 ⊢ (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
8	7	sdrgid 20262	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑅) ∈ (SubDRing‘𝑅))
9	8	ne0d 4295	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ≠ ∅)
10	3	simp3bi 1147	. . . 4 ⊢ (𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅) → (𝑅 ↾s 𝑠) ∈ DivRing)
11	10	adantl 482	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ 𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅)) → (𝑅 ↾s 𝑠) ∈ DivRing)
12	1, 2, 6, 9, 11	subdrgint 20270	. 2 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ DivRing)
13		drngring 20192	. . . 4 ⊢ (𝑃 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ Ring)
14	12, 13	syl 17	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ Ring)
15		ssidd 3967	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅))
16		eqid 2736	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (mulGrp‘𝑅) = (mulGrp‘𝑅)
17		eqid 2736	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (Cntz‘(mulGrp‘𝑅)) = (Cntz‘(mulGrp‘𝑅))
18	7, 16, 17	cntzsdrg 20269	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (Base‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅)) → ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) ∈ (SubDRing‘𝑅))
19	2, 15, 18	syl2anc 584	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) ∈ (SubDRing‘𝑅))
20		intss1 4924	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) ∈ (SubDRing‘𝑅) → ∩ (SubDRing‘𝑅) ⊆ ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)))
21	19, 20	syl 17	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ∩ (SubDRing‘𝑅) ⊆ ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)))
22	16, 7	mgpbas 19902	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (Base‘𝑅) = (Base‘(mulGrp‘𝑅))
23	22, 17	cntrval 19099	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) = (Cntr‘(mulGrp‘𝑅))
24	21, 23	sseqtrdi 3994	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ∩ (SubDRing‘𝑅) ⊆ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
25	22	cntrss 19110	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)) ⊆ (Base‘𝑅)
26	24, 25	sstrdi 3956	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ∩ (SubDRing‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅))
27	1, 7	ressbas2 17120	. . . . . . . . . 10 ⊢ (∩ (SubDRing‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅) → ∩ (SubDRing‘𝑅) = (Base‘𝑃))
28	26, 27	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ∩ (SubDRing‘𝑅) = (Base‘𝑃))
29	28, 24	eqsstrrd 3983	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑃) ⊆ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
30	29	adantr 481	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (Base‘𝑃) ⊆ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
31		simprl 769	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑃))
32	30, 31	sseldd 3945	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑥 ∈ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
33	28, 26	eqsstrrd 3983	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑃) ⊆ (Base‘𝑅))
34	33	adantr 481	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (Base‘𝑃) ⊆ (Base‘𝑅))
35		simprr 771	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))
36	34, 35	sseldd 3945	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑅))
37		eqid 2736	. . . . . . . 8 ⊢ (.r‘𝑅) = (.r‘𝑅)
38	16, 37	mgpplusg 19900	. . . . . . 7 ⊢ (.r‘𝑅) = (+g‘(mulGrp‘𝑅))
39		eqid 2736	. . . . . . 7 ⊢ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)) = (Cntr‘(mulGrp‘𝑅))
40	22, 38, 39	cntri 19111	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) → (𝑥(.r‘𝑅)𝑦) = (𝑦(.r‘𝑅)𝑥))
41	32, 36, 40	syl2anc 584	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑥(.r‘𝑅)𝑦) = (𝑦(.r‘𝑅)𝑥))
42	8, 26	ssexd 5281	. . . . . . 7 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ∩ (SubDRing‘𝑅) ∈ V)
43	1, 37	ressmulr 17188	. . . . . . 7 ⊢ (∩ (SubDRing‘𝑅) ∈ V → (.r‘𝑅) = (.r‘𝑃))
44	42, 43	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (.r‘𝑅) = (.r‘𝑃))
45	44	oveqdr 7385	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑥(.r‘𝑅)𝑦) = (𝑥(.r‘𝑃)𝑦))
46	44	oveqdr 7385	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑦(.r‘𝑅)𝑥) = (𝑦(.r‘𝑃)𝑥))
47	41, 45, 46	3eqtr3d 2784	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑥(.r‘𝑃)𝑦) = (𝑦(.r‘𝑃)𝑥))
48	47	ralrimivva 3197	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑃)∀𝑦 ∈ (Base‘𝑃)(𝑥(.r‘𝑃)𝑦) = (𝑦(.r‘𝑃)𝑥))
49		eqid 2736	. . . 4 ⊢ (Base‘𝑃) = (Base‘𝑃)
50		eqid 2736	. . . 4 ⊢ (.r‘𝑃) = (.r‘𝑃)
51	49, 50	iscrng2 19983	. . 3 ⊢ (𝑃 ∈ CRing ↔ (𝑃 ∈ Ring ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑃)∀𝑦 ∈ (Base‘𝑃)(𝑥(.r‘𝑃)𝑦) = (𝑦(.r‘𝑃)𝑥)))
52	14, 48, 51	sylanbrc 583	. 2 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ CRing)
53		isfld 20196	. 2 ⊢ (𝑃 ∈ Field ↔ (𝑃 ∈ DivRing ∧ 𝑃 ∈ CRing))
54	12, 52, 53	sylanbrc 583	1 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ Field)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   = wceq 1541   ∈ wcel 2106  ∀wral 3064  Vcvv 3445   ⊆ wss 3910  ∩ cint 4907  ‘cfv 6496  (class class class)co 7357  Basecbs 17083   ↾_s cress 17112  ._rcmulr 17134  Cntzccntz 19095  Cntrccntr 19096  mulGrpcmgp 19896  Ringcrg 19964  CRingccrg 19965  DivRingcdr 20185  Fieldcfield 20186  SubRingcsubrg 20218  SubDRingcsdrg 20259

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 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2707  ax-rep 5242  ax-sep 5256  ax-nul 5263  ax-pow 5320  ax-pr 5384  ax-un 7672  ax-cnex 11107  ax-resscn 11108  ax-1cn 11109  ax-icn 11110  ax-addcl 11111  ax-addrcl 11112  ax-mulcl 11113  ax-mulrcl 11114  ax-mulcom 11115  ax-addass 11116  ax-mulass 11117  ax-distr 11118  ax-i2m1 11119  ax-1ne0 11120  ax-1rid 11121  ax-rnegex 11122  ax-rrecex 11123  ax-cnre 11124  ax-pre-lttri 11125  ax-pre-lttrn 11126  ax-pre-ltadd 11127  ax-pre-mulgt0 11128

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3065  df-rex 3074  df-rmo 3353  df-reu 3354  df-rab 3408  df-v 3447  df-sbc 3740  df-csb 3856  df-dif 3913  df-un 3915  df-in 3917  df-ss 3927  df-pss 3929  df-nul 4283  df-if 4487  df-pw 4562  df-sn 4587  df-pr 4589  df-op 4593  df-uni 4866  df-int 4908  df-iun 4956  df-iin 4957  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5189  df-tr 5223  df-id 5531  df-eprel 5537  df-po 5545  df-so 5546  df-fr 5588  df-we 5590  df-xp 5639  df-rel 5640  df-cnv 5641  df-co 5642  df-dm 5643  df-rn 5644  df-res 5645  df-ima 5646  df-pred 6253  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6498  df-fn 6499  df-f 6500  df-f1 6501  df-fo 6502  df-f1o 6503  df-fv 6504  df-riota 7313  df-ov 7360  df-oprab 7361  df-mpo 7362  df-om 7803  df-1st 7921  df-2nd 7922  df-tpos 8157  df-frecs 8212  df-wrecs 8243  df-recs 8317  df-rdg 8356  df-er 8648  df-en 8884  df-dom 8885  df-sdom 8886  df-pnf 11191  df-mnf 11192  df-xr 11193  df-ltxr 11194  df-le 11195  df-sub 11387  df-neg 11388  df-nn 12154  df-2 12216  df-3 12217  df-sets 17036  df-slot 17054  df-ndx 17066  df-base 17084  df-ress 17113  df-plusg 17146  df-mulr 17147  df-0g 17323  df-mgm 18497  df-sgrp 18546  df-mnd 18557  df-submnd 18602  df-grp 18751  df-minusg 18752  df-subg 18925  df-cntz 19097  df-cntr 19098  df-cmn 19564  df-mgp 19897  df-ur 19914  df-ring 19966  df-cring 19967  df-oppr 20049  df-dvdsr 20070  df-unit 20071  df-invr 20101  df-dvr 20112  df-drng 20187  df-field 20188  df-subrg 20220  df-sdrg 20260

This theorem is referenced by: (None)