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

Theorem primefld 20646
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 = (𝑅s (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.
StepHypRef Expression
1 primefld.1 . . 3 𝑃 = (𝑅s (SubDRing‘𝑅))
2 id 22 . . 3 (𝑅 ∈ DivRing → 𝑅 ∈ DivRing)
3 issdrg 20629 . . . . . 6 (𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅) ↔ (𝑅 ∈ DivRing ∧ 𝑠 ∈ (SubRing‘𝑅) ∧ (𝑅s 𝑠) ∈ DivRing))
43simp2bi 1143 . . . . 5 (𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅) → 𝑠 ∈ (SubRing‘𝑅))
54ssriv 3978 . . . 4 (SubDRing‘𝑅) ⊆ (SubRing‘𝑅)
65a1i 11 . . 3 (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ⊆ (SubRing‘𝑅))
7 eqid 2724 . . . . 5 (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
87sdrgid 20633 . . . 4 (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑅) ∈ (SubDRing‘𝑅))
98ne0d 4327 . . 3 (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ≠ ∅)
103simp3bi 1144 . . . 4 (𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅) → (𝑅s 𝑠) ∈ DivRing)
1110adantl 481 . . 3 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ 𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅)) → (𝑅s 𝑠) ∈ DivRing)
121, 2, 6, 9, 11subdrgint 20644 . 2 (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ DivRing)
13 drngring 20584 . . . 4 (𝑃 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ Ring)
1412, 13syl 17 . . 3 (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ Ring)
15 ssidd 3997 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅))
16 eqid 2724 . . . . . . . . . . . . . . 15 (mulGrp‘𝑅) = (mulGrp‘𝑅)
17 eqid 2724 . . . . . . . . . . . . . . 15 (Cntz‘(mulGrp‘𝑅)) = (Cntz‘(mulGrp‘𝑅))
187, 16, 17cntzsdrg 20643 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (Base‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅)) → ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) ∈ (SubDRing‘𝑅))
192, 15, 18syl2anc 583 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑅 ∈ DivRing → ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) ∈ (SubDRing‘𝑅))
20 intss1 4957 . . . . . . . . . . . . 13 (((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) ∈ (SubDRing‘𝑅) → (SubDRing‘𝑅) ⊆ ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)))
2119, 20syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ⊆ ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)))
2216, 7mgpbas 20035 . . . . . . . . . . . . 13 (Base‘𝑅) = (Base‘(mulGrp‘𝑅))
2322, 17cntrval 19225 . . . . . . . . . . . 12 ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) = (Cntr‘(mulGrp‘𝑅))
2421, 23sseqtrdi 4024 . . . . . . . . . . 11 (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ⊆ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
2522cntrss 19237 . . . . . . . . . . 11 (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)) ⊆ (Base‘𝑅)
2624, 25sstrdi 3986 . . . . . . . . . 10 (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅))
271, 7ressbas2 17181 . . . . . . . . . 10 ( (SubDRing‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅) → (SubDRing‘𝑅) = (Base‘𝑃))
2826, 27syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) = (Base‘𝑃))
2928, 24eqsstrrd 4013 . . . . . . . 8 (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑃) ⊆ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
3029adantr 480 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (Base‘𝑃) ⊆ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
31 simprl 768 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑃))
3230, 31sseldd 3975 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑥 ∈ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
3328, 26eqsstrrd 4013 . . . . . . . 8 (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑃) ⊆ (Base‘𝑅))
3433adantr 480 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (Base‘𝑃) ⊆ (Base‘𝑅))
35 simprr 770 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))
3634, 35sseldd 3975 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑅))
37 eqid 2724 . . . . . . . 8 (.r𝑅) = (.r𝑅)
3816, 37mgpplusg 20033 . . . . . . 7 (.r𝑅) = (+g‘(mulGrp‘𝑅))
39 eqid 2724 . . . . . . 7 (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)) = (Cntr‘(mulGrp‘𝑅))
4022, 38, 39cntri 19238 . . . . . 6 ((𝑥 ∈ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) → (𝑥(.r𝑅)𝑦) = (𝑦(.r𝑅)𝑥))
4132, 36, 40syl2anc 583 . . . . 5 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑥(.r𝑅)𝑦) = (𝑦(.r𝑅)𝑥))
428, 26ssexd 5314 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ∈ V)
431, 37ressmulr 17251 . . . . . . 7 ( (SubDRing‘𝑅) ∈ V → (.r𝑅) = (.r𝑃))
4442, 43syl 17 . . . . . 6 (𝑅 ∈ DivRing → (.r𝑅) = (.r𝑃))
4544oveqdr 7429 . . . . 5 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑥(.r𝑅)𝑦) = (𝑥(.r𝑃)𝑦))
4644oveqdr 7429 . . . . 5 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑦(.r𝑅)𝑥) = (𝑦(.r𝑃)𝑥))
4741, 45, 463eqtr3d 2772 . . . 4 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑥(.r𝑃)𝑦) = (𝑦(.r𝑃)𝑥))
4847ralrimivva 3192 . . 3 (𝑅 ∈ DivRing → ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑃)∀𝑦 ∈ (Base‘𝑃)(𝑥(.r𝑃)𝑦) = (𝑦(.r𝑃)𝑥))
49 eqid 2724 . . . 4 (Base‘𝑃) = (Base‘𝑃)
50 eqid 2724 . . . 4 (.r𝑃) = (.r𝑃)
5149, 50iscrng2 20147 . . 3 (𝑃 ∈ CRing ↔ (𝑃 ∈ Ring ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑃)∀𝑦 ∈ (Base‘𝑃)(𝑥(.r𝑃)𝑦) = (𝑦(.r𝑃)𝑥)))
5214, 48, 51sylanbrc 582 . 2 (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ CRing)
53 isfld 20588 . 2 (𝑃 ∈ Field ↔ (𝑃 ∈ DivRing ∧ 𝑃 ∈ CRing))
5412, 52, 53sylanbrc 582 1 (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ Field)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395   = wceq 1533  wcel 2098  wral 3053  Vcvv 3466  wss 3940   cint 4940  cfv 6533  (class class class)co 7401  Basecbs 17143  s cress 17172  .rcmulr 17197  Cntzccntz 19221  Cntrccntr 19222  mulGrpcmgp 20029  Ringcrg 20128  CRingccrg 20129  SubRingcsubrg 20459  DivRingcdr 20577  Fieldcfield 20578  SubDRingcsdrg 20627
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1905  ax-6 1963  ax-7 2003  ax-8 2100  ax-9 2108  ax-10 2129  ax-11 2146  ax-12 2163  ax-ext 2695  ax-rep 5275  ax-sep 5289  ax-nul 5296  ax-pow 5353  ax-pr 5417  ax-un 7718  ax-cnex 11162  ax-resscn 11163  ax-1cn 11164  ax-icn 11165  ax-addcl 11166  ax-addrcl 11167  ax-mulcl 11168  ax-mulrcl 11169  ax-mulcom 11170  ax-addass 11171  ax-mulass 11172  ax-distr 11173  ax-i2m1 11174  ax-1ne0 11175  ax-1rid 11176  ax-rnegex 11177  ax-rrecex 11178  ax-cnre 11179  ax-pre-lttri 11180  ax-pre-lttrn 11181  ax-pre-ltadd 11182  ax-pre-mulgt0 11183
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2526  df-eu 2555  df-clab 2702  df-cleq 2716  df-clel 2802  df-nfc 2877  df-ne 2933  df-nel 3039  df-ral 3054  df-rex 3063  df-rmo 3368  df-reu 3369  df-rab 3425  df-v 3468  df-sbc 3770  df-csb 3886  df-dif 3943  df-un 3945  df-in 3947  df-ss 3957  df-pss 3959  df-nul 4315  df-if 4521  df-pw 4596  df-sn 4621  df-pr 4623  df-op 4627  df-uni 4900  df-int 4941  df-iun 4989  df-iin 4990  df-br 5139  df-opab 5201  df-mpt 5222  df-tr 5256  df-id 5564  df-eprel 5570  df-po 5578  df-so 5579  df-fr 5621  df-we 5623  df-xp 5672  df-rel 5673  df-cnv 5674  df-co 5675  df-dm 5676  df-rn 5677  df-res 5678  df-ima 5679  df-pred 6290  df-ord 6357  df-on 6358  df-lim 6359  df-suc 6360  df-iota 6485  df-fun 6535  df-fn 6536  df-f 6537  df-f1 6538  df-fo 6539  df-f1o 6540  df-fv 6541  df-riota 7357  df-ov 7404  df-oprab 7405  df-mpo 7406  df-om 7849  df-1st 7968  df-2nd 7969  df-tpos 8206  df-frecs 8261  df-wrecs 8292  df-recs 8366  df-rdg 8405  df-er 8699  df-en 8936  df-dom 8937  df-sdom 8938  df-pnf 11247  df-mnf 11248  df-xr 11249  df-ltxr 11250  df-le 11251  df-sub 11443  df-neg 11444  df-nn 12210  df-2 12272  df-3 12273  df-sets 17096  df-slot 17114  df-ndx 17126  df-base 17144  df-ress 17173  df-plusg 17209  df-mulr 17210  df-0g 17386  df-mgm 18563  df-sgrp 18642  df-mnd 18658  df-submnd 18704  df-grp 18856  df-minusg 18857  df-subg 19040  df-cntz 19223  df-cntr 19224  df-cmn 19692  df-abl 19693  df-mgp 20030  df-rng 20048  df-ur 20077  df-ring 20130  df-cring 20131  df-oppr 20226  df-dvdsr 20249  df-unit 20250  df-invr 20280  df-dvr 20293  df-subrng 20436  df-subrg 20461  df-drng 20579  df-field 20580  df-sdrg 20628
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator