Theorem primefld 21089

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 23	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → 𝑅 ∈ DivRing)
3		issdrg 21072	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅) ↔ (𝑅 ∈ DivRing ∧ 𝑠 ∈ (SubRing‘𝑅) ∧ (𝑅 ↾s 𝑠) ∈ DivRing))
4	3	simp2bi 1164	. . . . 5 ⊢ (𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅) → 𝑠 ∈ (SubRing‘𝑅))
5	4	ssriv 3917	. . . 4 ⊢ (SubDRing‘𝑅) ⊆ (SubRing‘𝑅)
6	5	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ⊆ (SubRing‘𝑅))
7		eqid 2763	. . . . 5 ⊢ (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
8	7	sdrgid 21076	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑅) ∈ (SubDRing‘𝑅))
9	8	ne0d 4291	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ≠ ∅)
10	3	simp3bi 1165	. . . 4 ⊢ (𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅) → (𝑅 ↾s 𝑠) ∈ DivRing)
11	10	adantl 487	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ 𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅)) → (𝑅 ↾s 𝑠) ∈ DivRing)
12	1, 2, 6, 9, 11	subdrgint 21087	. 2 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ DivRing)
13		drngring 21014	. . . 4 ⊢ (𝑃 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ Ring)
14	12, 13	syl 18	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ Ring)
15		ssidd 3936	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅))
16		eqid 2763	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (mulGrp‘𝑅) = (mulGrp‘𝑅)
17		eqid 2763	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (Cntz‘(mulGrp‘𝑅)) = (Cntz‘(mulGrp‘𝑅))
18	7, 16, 17	cntzsdrg 21086	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (Base‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅)) → ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) ∈ (SubDRing‘𝑅))
19	2, 15, 18	syl2anc 596	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) ∈ (SubDRing‘𝑅))
20		intss1 4926	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) ∈ (SubDRing‘𝑅) → ∩ (SubDRing‘𝑅) ⊆ ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)))
21	19, 20	syl 18	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ∩ (SubDRing‘𝑅) ⊆ ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)))
22	16, 7	mgpbas 20392	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (Base‘𝑅) = (Base‘(mulGrp‘𝑅))
23	22, 17	cntrval 19560	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) = (Cntr‘(mulGrp‘𝑅))
24	21, 23	sseqtrdi 3953	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ∩ (SubDRing‘𝑅) ⊆ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
25	22	cntrss 19572	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)) ⊆ (Base‘𝑅)
26	24, 25	sstrdi 3925	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ∩ (SubDRing‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅))
27	1, 7	ressbas2 17442	. . . . . . . . . 10 ⊢ (∩ (SubDRing‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅) → ∩ (SubDRing‘𝑅) = (Base‘𝑃))
28	26, 27	syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ∩ (SubDRing‘𝑅) = (Base‘𝑃))
29	28, 24	eqsstrrd 3948	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑃) ⊆ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
30	29	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (Base‘𝑃) ⊆ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
31		simprl 783	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑃))
32	30, 31	sseldd 3914	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑥 ∈ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
33	28, 26	eqsstrrd 3948	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑃) ⊆ (Base‘𝑅))
34	33	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (Base‘𝑃) ⊆ (Base‘𝑅))
35		simprr 785	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))
36	34, 35	sseldd 3914	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑅))
37		eqid 2763	. . . . . . . 8 ⊢ (.r‘𝑅) = (.r‘𝑅)
38	16, 37	mgpplusg 20391	. . . . . . 7 ⊢ (.r‘𝑅) = (+g‘(mulGrp‘𝑅))
39		eqid 2763	. . . . . . 7 ⊢ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)) = (Cntr‘(mulGrp‘𝑅))
40	22, 38, 39	cntri 19573	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) → (𝑥(.r‘𝑅)𝑦) = (𝑦(.r‘𝑅)𝑥))
41	32, 36, 40	syl2anc 596	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑥(.r‘𝑅)𝑦) = (𝑦(.r‘𝑅)𝑥))
42	8, 26	ssexd 5290	. . . . . . 7 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ∩ (SubDRing‘𝑅) ∈ V)
43	1, 37	ressmulr 17504	. . . . . . 7 ⊢ (∩ (SubDRing‘𝑅) ∈ V → (.r‘𝑅) = (.r‘𝑃))
44	42, 43	syl 18	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → (.r‘𝑅) = (.r‘𝑃))
45	44	oveqdr 7468	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑥(.r‘𝑅)𝑦) = (𝑥(.r‘𝑃)𝑦))
46	44	oveqdr 7468	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑦(.r‘𝑅)𝑥) = (𝑦(.r‘𝑃)𝑥))
47	41, 45, 46	3eqtr3d 2806	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑥(.r‘𝑃)𝑦) = (𝑦(.r‘𝑃)𝑥))
48	47	ralrimivva 3209	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑃)∀𝑦 ∈ (Base‘𝑃)(𝑥(.r‘𝑃)𝑦) = (𝑦(.r‘𝑃)𝑥))
49		eqid 2763	. . . 4 ⊢ (Base‘𝑃) = (Base‘𝑃)
50		eqid 2763	. . . 4 ⊢ (.r‘𝑃) = (.r‘𝑃)
51	49, 50	iscrng2 20506	. . 3 ⊢ (𝑃 ∈ CRing ↔ (𝑃 ∈ Ring ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑃)∀𝑦 ∈ (Base‘𝑃)(𝑥(.r‘𝑃)𝑦) = (𝑦(.r‘𝑃)𝑥)))
52	14, 48, 51	sylanbrc 595	. 2 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ CRing)
53		isfld 21020	. 2 ⊢ (𝑃 ∈ Field ↔ (𝑃 ∈ DivRing ∧ 𝑃 ∈ CRing))
54	12, 52, 53	sylanbrc 595	1 ⊢ (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ Field)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  ∀wral 3080  Vcvv 3454   ⊆ wss 3900  ∩ cint 4910  ‘cfv 6555  (class class class)co 7440  Basecbs 17413   ↾_s cress 17434  ._rcmulr 17455  Cntzccntz 19556  Cntrccntr 19557  mulGrpcmgp 20387  Ringcrg 20486  CRingccrg 20487  SubRingcsubrg 20848  DivRingcdr 21007  Fieldcfield 21008  SubDRingcsdrg 21070

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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7772  ax-cnex 11280  ax-resscn 11281  ax-1cn 11282  ax-icn 11283  ax-addcl 11284  ax-addrcl 11285  ax-mulcl 11286  ax-mulrcl 11287  ax-mulcom 11288  ax-addass 11289  ax-mulass 11290  ax-distr 11291  ax-i2m1 11292  ax-1ne0 11293  ax-1rid 11294  ax-rnegex 11295  ax-rrecex 11296  ax-cnre 11297  ax-pre-lttri 11298  ax-pre-lttrn 11299  ax-pre-ltadd 11300  ax-pre-mulgt0 11301

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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-iin 4957  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6319  df-ord 6380  df-on 6381  df-lim 6382  df-suc 6383  df-iota 6509  df-fun 6557  df-fn 6558  df-f 6559  df-f1 6560  df-fo 6561  df-f1o 6562  df-fv 6563  df-riota 7397  df-ov 7443  df-oprab 7444  df-mpo 7445  df-om 7899  df-1st 8022  df-2nd 8023  df-tpos 8268  df-frecs 8324  df-wrecs 8355  df-recs 8404  df-rdg 8443  df-er 8742  df-en 8999  df-dom 9000  df-sdom 9001  df-pnf 11369  df-mnf 11370  df-xr 11371  df-ltxr 11372  df-le 11373  df-sub 11567  df-neg 11568  df-nn 12360  df-2 12429  df-3 12430  df-sets 17368  df-slot 17386  df-ndx 17398  df-base 17414  df-ress 17435  df-plusg 17467  df-mulr 17468  df-0g 17638  df-mgm 18842  df-sgrp 18934  df-mnd 18950  df-submnd 19005  df-grp 19173  df-minusg 19174  df-subg 19359  df-cntz 19558  df-cntr 19559  df-cmn 20023  df-abl 20024  df-mgp 20388  df-rng 20402  df-ur 20435  df-ring 20488  df-cring 20489  df-oppr 20594  df-dvdsr 20614  df-unit 20615  df-invr 20645  df-dvr 20658  df-subrng 20825  df-subrg 20849  df-drng 21009  df-field 21010  df-sdrg 21071

This theorem is used by: (None)