Theorem ringurd 20119

Description: Deduce the unity element of a ring from its properties. (Contributed by Thierry Arnoux, 6-Sep-2016.)

Hypotheses

Ref	Expression
ringurd.b	⊢ (𝜑 → 𝐵 = (Base‘𝑅))
ringurd.p	⊢ (𝜑 → · = (.r‘𝑅))
ringurd.z	⊢ (𝜑 → 1 ∈ 𝐵)
ringurd.i	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → ( 1 · 𝑥) = 𝑥)
ringurd.j	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → (𝑥 · 1 ) = 𝑥)

Assertion

Ref	Expression
ringurd	⊢ (𝜑 → 1 = (1r‘𝑅))

Distinct variable groups:   𝑥,𝐵   𝑥,𝑅   𝑥, 1   𝑥, ·   𝜑,𝑥

Proof of Theorem ringurd

Dummy variable 𝑒 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqid 2728	. . 3 ⊢ (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
2		eqid 2728	. . 3 ⊢ (.r‘𝑅) = (.r‘𝑅)
3		eqid 2728	. . 3 ⊢ (1r‘𝑅) = (1r‘𝑅)
4	1, 2, 3	dfur2 20118	. 2 ⊢ (1r‘𝑅) = (℩𝑒(𝑒 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥)))
5		ringurd.z	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ 𝐵)
6		ringurd.b	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐵 = (Base‘𝑅))
7	5, 6	eleqtrd 2831	. . 3 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ (Base‘𝑅))
8		ringurd.i	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → ( 1 · 𝑥) = 𝑥)
9		ringurd.j	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → (𝑥 · 1 ) = 𝑥)
10	8, 9	jca 511	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → (( 1 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 1 ) = 𝑥))
11	10	ralrimiva 3142	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝐵 (( 1 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 1 ) = 𝑥))
12		ringurd.p	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → · = (.r‘𝑅))
13	12	adantr 480	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → · = (.r‘𝑅))
14	13	oveqd 7432	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → ( 1 · 𝑥) = ( 1 (.r‘𝑅)𝑥))
15	14	eqeq1d 2730	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → (( 1 · 𝑥) = 𝑥 ↔ ( 1 (.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥))
16	13	oveqd 7432	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → (𝑥 · 1 ) = (𝑥(.r‘𝑅) 1 ))
17	16	eqeq1d 2730	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → ((𝑥 · 1 ) = 𝑥 ↔ (𝑥(.r‘𝑅) 1 ) = 𝑥))
18	15, 17	anbi12d 631	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → ((( 1 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 1 ) = 𝑥) ↔ (( 1 (.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅) 1 ) = 𝑥)))
19	6, 18	raleqbidva 3323	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (∀𝑥 ∈ 𝐵 (( 1 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 1 ) = 𝑥) ↔ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)(( 1 (.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅) 1 ) = 𝑥)))
20	11, 19	mpbid 231	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)(( 1 (.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅) 1 ) = 𝑥))
21	6	eleq2d 2815	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑒 ∈ 𝐵 ↔ 𝑒 ∈ (Base‘𝑅)))
22	13	oveqd 7432	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → (𝑒 · 𝑥) = (𝑒(.r‘𝑅)𝑥))
23	22	eqeq1d 2730	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → ((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ↔ (𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥))
24	13	oveqd 7432	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → (𝑥 · 𝑒) = (𝑥(.r‘𝑅)𝑒))
25	24	eqeq1d 2730	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → ((𝑥 · 𝑒) = 𝑥 ↔ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥))
26	23, 25	anbi12d 631	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → (((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 𝑒) = 𝑥) ↔ ((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥)))
27	6, 26	raleqbidva 3323	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 𝑒) = 𝑥) ↔ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥)))
28	21, 27	anbi12d 631	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝑒 ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 𝑒) = 𝑥)) ↔ (𝑒 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥))))
29	8	ralrimiva 3142	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝐵 ( 1 · 𝑥) = 𝑥)
30	29	adantr 480	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ 𝐵) → ∀𝑥 ∈ 𝐵 ( 1 · 𝑥) = 𝑥)
31		simpr 484	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ 𝐵) → 𝑒 ∈ 𝐵)
32		simpr 484	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ 𝐵) ∧ 𝑥 = 𝑒) → 𝑥 = 𝑒)
33	32	oveq2d 7431	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ 𝐵) ∧ 𝑥 = 𝑒) → ( 1 · 𝑥) = ( 1 · 𝑒))
34	33, 32	eqeq12d 2744	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ 𝐵) ∧ 𝑥 = 𝑒) → (( 1 · 𝑥) = 𝑥 ↔ ( 1 · 𝑒) = 𝑒))
35	31, 34	rspcdv 3600	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ 𝐵) → (∀𝑥 ∈ 𝐵 ( 1 · 𝑥) = 𝑥 → ( 1 · 𝑒) = 𝑒))
36	30, 35	mpd 15	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ 𝐵) → ( 1 · 𝑒) = 𝑒)
37	36	adantrr 716	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑒 ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 𝑒) = 𝑥))) → ( 1 · 𝑒) = 𝑒)
38	5	adantr 480	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑒 ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 𝑒) = 𝑥))) → 1 ∈ 𝐵)
39		simprr 772	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑒 ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 𝑒) = 𝑥))) → ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 𝑒) = 𝑥))
40		oveq2 7423	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑥 = 1 → (𝑒 · 𝑥) = (𝑒 · 1 ))
41		id 22	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑥 = 1 → 𝑥 = 1 )
42	40, 41	eqeq12d 2744	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑥 = 1 → ((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ↔ (𝑒 · 1 ) = 1 ))
43		oveq1 7422	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑥 = 1 → (𝑥 · 𝑒) = ( 1 · 𝑒))
44	43, 41	eqeq12d 2744	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑥 = 1 → ((𝑥 · 𝑒) = 𝑥 ↔ ( 1 · 𝑒) = 1 ))
45	42, 44	anbi12d 631	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥 = 1 → (((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 𝑒) = 𝑥) ↔ ((𝑒 · 1 ) = 1 ∧ ( 1 · 𝑒) = 1 )))
46	45	rspcva 3606	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (( 1 ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 𝑒) = 𝑥)) → ((𝑒 · 1 ) = 1 ∧ ( 1 · 𝑒) = 1 ))
47	46	simprd 495	. . . . . . . . . 10 ⊢ (( 1 ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 𝑒) = 𝑥)) → ( 1 · 𝑒) = 1 )
48	38, 39, 47	syl2anc 583	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑒 ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 𝑒) = 𝑥))) → ( 1 · 𝑒) = 1 )
49	37, 48	eqtr3d 2770	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑒 ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 𝑒) = 𝑥))) → 𝑒 = 1 )
50	49	ex 412	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝑒 ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑒 · 𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥 · 𝑒) = 𝑥)) → 𝑒 = 1 ))
51	28, 50	sylbird 260	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((𝑒 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥)) → 𝑒 = 1 ))
52	51	alrimiv 1923	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∀𝑒((𝑒 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥)) → 𝑒 = 1 ))
53		eleq1 2817	. . . . . . 7 ⊢ (𝑒 = 1 → (𝑒 ∈ (Base‘𝑅) ↔ 1 ∈ (Base‘𝑅)))
54		oveq1 7422	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑒 = 1 → (𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = ( 1 (.r‘𝑅)𝑥))
55	54	eqeq1d 2730	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑒 = 1 → ((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ↔ ( 1 (.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥))
56	55	ovanraleqv 7439	. . . . . . 7 ⊢ (𝑒 = 1 → (∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥) ↔ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)(( 1 (.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅) 1 ) = 𝑥)))
57	53, 56	anbi12d 631	. . . . . 6 ⊢ (𝑒 = 1 → ((𝑒 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥)) ↔ ( 1 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)(( 1 (.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅) 1 ) = 𝑥))))
58	57	eqeu 3700	. . . . 5 ⊢ (( 1 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ( 1 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)(( 1 (.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅) 1 ) = 𝑥)) ∧ ∀𝑒((𝑒 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥)) → 𝑒 = 1 )) → ∃!𝑒(𝑒 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥)))
59	7, 7, 20, 52, 58	syl121anc 1373	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∃!𝑒(𝑒 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥)))
60	57	iota2 6532	. . . 4 ⊢ (( 1 ∈ 𝐵 ∧ ∃!𝑒(𝑒 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥))) → (( 1 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)(( 1 (.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅) 1 ) = 𝑥)) ↔ (℩𝑒(𝑒 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥))) = 1 ))
61	5, 59, 60	syl2anc 583	. . 3 ⊢ (𝜑 → (( 1 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)(( 1 (.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅) 1 ) = 𝑥)) ↔ (℩𝑒(𝑒 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥))) = 1 ))
62	7, 20, 61	mpbi2and 711	. 2 ⊢ (𝜑 → (℩𝑒(𝑒 ∈ (Base‘𝑅) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)((𝑒(.r‘𝑅)𝑥) = 𝑥 ∧ (𝑥(.r‘𝑅)𝑒) = 𝑥))) = 1 )
63	4, 62	eqtr2id 2781	1 ⊢ (𝜑 → 1 = (1r‘𝑅))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 395  ∀wal 1532   = wceq 1534   ∈ wcel 2099  ∃!weu 2558  ∀wral 3057  ℩cio 6493  ‘cfv 6543  (class class class)co 7415  Basecbs 17174  ._rcmulr 17228  1_rcur 20115

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1790  ax-4 1804  ax-5 1906  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2101  ax-9 2109  ax-10 2130  ax-11 2147  ax-12 2167  ax-ext 2699  ax-sep 5294  ax-nul 5301  ax-pow 5360  ax-pr 5424  ax-un 7735  ax-cnex 11189  ax-resscn 11190  ax-1cn 11191  ax-icn 11192  ax-addcl 11193  ax-addrcl 11194  ax-mulcl 11195  ax-mulrcl 11196  ax-mulcom 11197  ax-addass 11198  ax-mulass 11199  ax-distr 11200  ax-i2m1 11201  ax-1ne0 11202  ax-1rid 11203  ax-rnegex 11204  ax-rrecex 11205  ax-cnre 11206  ax-pre-lttri 11207  ax-pre-lttrn 11208  ax-pre-ltadd 11209  ax-pre-mulgt0 11210

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 847  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1537  df-fal 1547  df-ex 1775  df-nf 1779  df-sb 2061  df-mo 2530  df-eu 2559  df-clab 2706  df-cleq 2720  df-clel 2806  df-nfc 2881  df-ne 2937  df-nel 3043  df-ral 3058  df-rex 3067  df-reu 3373  df-rab 3429  df-v 3472  df-sbc 3776  df-csb 3891  df-dif 3948  df-un 3950  df-in 3952  df-ss 3962  df-pss 3964  df-nul 4320  df-if 4526  df-pw 4601  df-sn 4626  df-pr 4628  df-op 4632  df-uni 4905  df-iun 4994  df-br 5144  df-opab 5206  df-mpt 5227  df-tr 5261  df-id 5571  df-eprel 5577  df-po 5585  df-so 5586  df-fr 5628  df-we 5630  df-xp 5679  df-rel 5680  df-cnv 5681  df-co 5682  df-dm 5683  df-rn 5684  df-res 5685  df-ima 5686  df-pred 6300  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6495  df-fun 6545  df-fn 6546  df-f 6547  df-f1 6548  df-fo 6549  df-f1o 6550  df-fv 6551  df-riota 7371  df-ov 7418  df-oprab 7419  df-mpo 7420  df-om 7866  df-2nd 7989  df-frecs 8281  df-wrecs 8312  df-recs 8386  df-rdg 8425  df-er 8719  df-en 8959  df-dom 8960  df-sdom 8961  df-pnf 11275  df-mnf 11276  df-xr 11277  df-ltxr 11278  df-le 11279  df-sub 11471  df-neg 11472  df-nn 12238  df-2 12300  df-sets 17127  df-slot 17145  df-ndx 17157  df-base 17175  df-plusg 17240  df-0g 17417  df-mgp 20069  df-ur 20116

This theorem is referenced by:  rngisomring1  20401  ress1r  32937