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

Theorem primefld 20690
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 20673 . . . . . 6 (𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅) ↔ (𝑅 ∈ DivRing ∧ 𝑠 ∈ (SubRing‘𝑅) ∧ (𝑅s 𝑠) ∈ DivRing))
43simp2bi 1146 . . . . 5 (𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅) → 𝑠 ∈ (SubRing‘𝑅))
54ssriv 3939 . . . 4 (SubDRing‘𝑅) ⊆ (SubRing‘𝑅)
65a1i 11 . . 3 (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ⊆ (SubRing‘𝑅))
7 eqid 2729 . . . . 5 (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
87sdrgid 20677 . . . 4 (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑅) ∈ (SubDRing‘𝑅))
98ne0d 4293 . . 3 (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ≠ ∅)
103simp3bi 1147 . . . 4 (𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅) → (𝑅s 𝑠) ∈ DivRing)
1110adantl 481 . . 3 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ 𝑠 ∈ (SubDRing‘𝑅)) → (𝑅s 𝑠) ∈ DivRing)
121, 2, 6, 9, 11subdrgint 20688 . 2 (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ DivRing)
13 drngring 20621 . . . 4 (𝑃 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ Ring)
1412, 13syl 17 . . 3 (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ Ring)
15 ssidd 3959 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅))
16 eqid 2729 . . . . . . . . . . . . . . 15 (mulGrp‘𝑅) = (mulGrp‘𝑅)
17 eqid 2729 . . . . . . . . . . . . . . 15 (Cntz‘(mulGrp‘𝑅)) = (Cntz‘(mulGrp‘𝑅))
187, 16, 17cntzsdrg 20687 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (Base‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅)) → ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) ∈ (SubDRing‘𝑅))
192, 15, 18syl2anc 584 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑅 ∈ DivRing → ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) ∈ (SubDRing‘𝑅))
20 intss1 4913 . . . . . . . . . . . . 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 20030 . . . . . . . . . . . . 13 (Base‘𝑅) = (Base‘(mulGrp‘𝑅))
2322, 17cntrval 19198 . . . . . . . . . . . 12 ((Cntz‘(mulGrp‘𝑅))‘(Base‘𝑅)) = (Cntr‘(mulGrp‘𝑅))
2421, 23sseqtrdi 3976 . . . . . . . . . . 11 (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ⊆ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
2522cntrss 19210 . . . . . . . . . . 11 (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)) ⊆ (Base‘𝑅)
2624, 25sstrdi 3948 . . . . . . . . . 10 (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅))
271, 7ressbas2 17149 . . . . . . . . . 10 ( (SubDRing‘𝑅) ⊆ (Base‘𝑅) → (SubDRing‘𝑅) = (Base‘𝑃))
2826, 27syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) = (Base‘𝑃))
2928, 24eqsstrrd 3971 . . . . . . . 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 770 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑃))
3230, 31sseldd 3936 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑥 ∈ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)))
3328, 26eqsstrrd 3971 . . . . . . . 8 (𝑅 ∈ DivRing → (Base‘𝑃) ⊆ (Base‘𝑅))
3433adantr 480 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (Base‘𝑃) ⊆ (Base‘𝑅))
35 simprr 772 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))
3634, 35sseldd 3936 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑅))
37 eqid 2729 . . . . . . . 8 (.r𝑅) = (.r𝑅)
3816, 37mgpplusg 20029 . . . . . . 7 (.r𝑅) = (+g‘(mulGrp‘𝑅))
39 eqid 2729 . . . . . . 7 (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)) = (Cntr‘(mulGrp‘𝑅))
4022, 38, 39cntri 19211 . . . . . 6 ((𝑥 ∈ (Cntr‘(mulGrp‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) → (𝑥(.r𝑅)𝑦) = (𝑦(.r𝑅)𝑥))
4132, 36, 40syl2anc 584 . . . . 5 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑥(.r𝑅)𝑦) = (𝑦(.r𝑅)𝑥))
428, 26ssexd 5263 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ DivRing → (SubDRing‘𝑅) ∈ V)
431, 37ressmulr 17211 . . . . . . 7 ( (SubDRing‘𝑅) ∈ V → (.r𝑅) = (.r𝑃))
4442, 43syl 17 . . . . . 6 (𝑅 ∈ DivRing → (.r𝑅) = (.r𝑃))
4544oveqdr 7377 . . . . 5 ((𝑅 ∈ DivRing ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑃) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑃))) → (𝑥(.r𝑅)𝑦) = (𝑥(.r𝑃)𝑦))
4644oveqdr 7377 . . . . 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 3172 . . 3 (𝑅 ∈ DivRing → ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑃)∀𝑦 ∈ (Base‘𝑃)(𝑥(.r𝑃)𝑦) = (𝑦(.r𝑃)𝑥))
49 eqid 2729 . . . 4 (Base‘𝑃) = (Base‘𝑃)
50 eqid 2729 . . . 4 (.r𝑃) = (.r𝑃)
5149, 50iscrng2 20137 . . 3 (𝑃 ∈ CRing ↔ (𝑃 ∈ Ring ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑃)∀𝑦 ∈ (Base‘𝑃)(𝑥(.r𝑃)𝑦) = (𝑦(.r𝑃)𝑥)))
5214, 48, 51sylanbrc 583 . 2 (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ CRing)
53 isfld 20625 . 2 (𝑃 ∈ Field ↔ (𝑃 ∈ DivRing ∧ 𝑃 ∈ CRing))
5412, 52, 53sylanbrc 583 1 (𝑅 ∈ DivRing → 𝑃 ∈ Field)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395   = wceq 1540  wcel 2109  wral 3044  Vcvv 3436  wss 3903   cint 4896  cfv 6482  (class class class)co 7349  Basecbs 17120  s cress 17141  .rcmulr 17162  Cntzccntz 19194  Cntrccntr 19195  mulGrpcmgp 20025  Ringcrg 20118  CRingccrg 20119  SubRingcsubrg 20454  DivRingcdr 20614  Fieldcfield 20615  SubDRingcsdrg 20671
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-rep 5218  ax-sep 5235  ax-nul 5245  ax-pow 5304  ax-pr 5371  ax-un 7671  ax-cnex 11065  ax-resscn 11066  ax-1cn 11067  ax-icn 11068  ax-addcl 11069  ax-addrcl 11070  ax-mulcl 11071  ax-mulrcl 11072  ax-mulcom 11073  ax-addass 11074  ax-mulass 11075  ax-distr 11076  ax-i2m1 11077  ax-1ne0 11078  ax-1rid 11079  ax-rnegex 11080  ax-rrecex 11081  ax-cnre 11082  ax-pre-lttri 11083  ax-pre-lttrn 11084  ax-pre-ltadd 11085  ax-pre-mulgt0 11086
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3395  df-v 3438  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4285  df-if 4477  df-pw 4553  df-sn 4578  df-pr 4580  df-op 4584  df-uni 4859  df-int 4897  df-iun 4943  df-iin 4944  df-br 5093  df-opab 5155  df-mpt 5174  df-tr 5200  df-id 5514  df-eprel 5519  df-po 5527  df-so 5528  df-fr 5572  df-we 5574  df-xp 5625  df-rel 5626  df-cnv 5627  df-co 5628  df-dm 5629  df-rn 5630  df-res 5631  df-ima 5632  df-pred 6249  df-ord 6310  df-on 6311  df-lim 6312  df-suc 6313  df-iota 6438  df-fun 6484  df-fn 6485  df-f 6486  df-f1 6487  df-fo 6488  df-f1o 6489  df-fv 6490  df-riota 7306  df-ov 7352  df-oprab 7353  df-mpo 7354  df-om 7800  df-1st 7924  df-2nd 7925  df-tpos 8159  df-frecs 8214  df-wrecs 8245  df-recs 8294  df-rdg 8332  df-er 8625  df-en 8873  df-dom 8874  df-sdom 8875  df-pnf 11151  df-mnf 11152  df-xr 11153  df-ltxr 11154  df-le 11155  df-sub 11349  df-neg 11350  df-nn 12129  df-2 12191  df-3 12192  df-sets 17075  df-slot 17093  df-ndx 17105  df-base 17121  df-ress 17142  df-plusg 17174  df-mulr 17175  df-0g 17345  df-mgm 18514  df-sgrp 18593  df-mnd 18609  df-submnd 18658  df-grp 18815  df-minusg 18816  df-subg 19002  df-cntz 19196  df-cntr 19197  df-cmn 19661  df-abl 19662  df-mgp 20026  df-rng 20038  df-ur 20067  df-ring 20120  df-cring 20121  df-oppr 20222  df-dvdsr 20242  df-unit 20243  df-invr 20273  df-dvr 20286  df-subrng 20431  df-subrg 20455  df-drng 20616  df-field 20617  df-sdrg 20672
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator