Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  rprmirredb Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem rprmirredb 33624
Description: In a principal ideal domain, the converse of rprmirred 33623 holds, i.e. irreducible elements are prime. (Contributed by Thierry Arnoux, 18-May-2025.)
Hypotheses
Ref Expression
rprmirredb.p 𝑃 = (RPrime‘𝑅)
rprmirredb.i 𝐼 = (Irred‘𝑅)
rprmirredb.r (𝜑𝑅 ∈ PID)
Assertion
Ref Expression
rprmirredb (𝜑𝐼 = 𝑃)

Proof of Theorem rprmirredb
Dummy variables 𝑝 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 rprmirredb.r . . . . . 6 (𝜑𝑅 ∈ PID)
21adantr 481 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑅 ∈ PID)
3 rprmirredb.i . . . . . . . 8 𝐼 = (Irred‘𝑅)
4 eqid 2739 . . . . . . . 8 (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
53, 4irredcl 20396 . . . . . . 7 (𝑝𝐼𝑝 ∈ (Base‘𝑅))
65adantl 482 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ∈ (Base‘𝑅))
7 eqid 2739 . . . . . . . . 9 (Unit‘𝑅) = (Unit‘𝑅)
83, 7irrednu 20397 . . . . . . . 8 (𝑝𝐼 → ¬ 𝑝 ∈ (Unit‘𝑅))
98adantl 482 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝𝐼) → ¬ 𝑝 ∈ (Unit‘𝑅))
10 df-pid 21331 . . . . . . . . . . . . 13 PID = (IDomn ∩ LPIR)
111, 10eleqtrdi 2849 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑅 ∈ (IDomn ∩ LPIR))
1211elin1d 4134 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑅 ∈ IDomn)
1312idomringd 20701 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑅 ∈ Ring)
1413adantr 481 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑅 ∈ Ring)
15 simpr 485 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝𝐼)
16 eqid 2739 . . . . . . . . . 10 (0g𝑅) = (0g𝑅)
173, 16irredn0 20395 . . . . . . . . 9 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑝𝐼) → 𝑝 ≠ (0g𝑅))
1814, 15, 17syl2anc 590 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ≠ (0g𝑅))
19 nelsn 4599 . . . . . . . 8 (𝑝 ≠ (0g𝑅) → ¬ 𝑝 ∈ {(0g𝑅)})
2018, 19syl 17 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝𝐼) → ¬ 𝑝 ∈ {(0g𝑅)})
21 eqid 2739 . . . . . . . 8 ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)}) = ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)})
22 nelun 32602 . . . . . . . 8 (((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)}) = ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)}) → (¬ 𝑝 ∈ ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)}) ↔ (¬ 𝑝 ∈ (Unit‘𝑅) ∧ ¬ 𝑝 ∈ {(0g𝑅)})))
2321, 22ax-mp 5 . . . . . . 7 𝑝 ∈ ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)}) ↔ (¬ 𝑝 ∈ (Unit‘𝑅) ∧ ¬ 𝑝 ∈ {(0g𝑅)}))
249, 20, 23sylanbrc 589 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐼) → ¬ 𝑝 ∈ ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)}))
256, 24eldifd 3894 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ∈ ((Base‘𝑅) ∖ ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)})))
26 eqid 2739 . . . . . . . . . . 11 (RSpan‘𝑅) = (RSpan‘𝑅)
27 eqid 2739 . . . . . . . . . . 11 (∥r𝑅) = (∥r𝑅)
2814ad3antrrr 736 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑅 ∈ Ring)
296ad3antrrr 736 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑝 ∈ (Base‘𝑅))
304, 26, 27, 28, 29ellpi 33457 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → (𝑥 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ↔ 𝑝(∥r𝑅)𝑥))
3130biimpa 477 . . . . . . . . 9 ((((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) ∧ 𝑥 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝})) → 𝑝(∥r𝑅)𝑥)
324, 26, 27, 28, 29ellpi 33457 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → (𝑦 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ↔ 𝑝(∥r𝑅)𝑦))
3332biimpa 477 . . . . . . . . 9 ((((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) ∧ 𝑦 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝})) → 𝑝(∥r𝑅)𝑦)
3412idomcringd 20700 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑅 ∈ CRing)
3534ad4antr 738 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑅 ∈ CRing)
363eleq2i 2831 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑝𝐼𝑝 ∈ (Irred‘𝑅))
3736bilani 505 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ∈ (Irred‘𝑅))
38 eqid 2739 . . . . . . . . . . . . . 14 ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) = ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝})
396snssd 4719 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑝𝐼) → {𝑝} ⊆ (Base‘𝑅))
40 eqid 2739 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (LIdeal‘𝑅) = (LIdeal‘𝑅)
4126, 4, 40rspcl 21229 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑅 ∈ Ring ∧ {𝑝} ⊆ (Base‘𝑅)) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (LIdeal‘𝑅))
4214, 39, 41syl2anc 590 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑝𝐼) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (LIdeal‘𝑅))
434, 26, 16, 38, 2, 6, 18, 42mxidlirred 33556 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑝𝐼) → (((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (MaxIdeal‘𝑅) ↔ 𝑝 ∈ (Irred‘𝑅)))
4437, 43mpbird 258 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑝𝐼) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (MaxIdeal‘𝑅))
4544ad3antrrr 736 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (MaxIdeal‘𝑅))
46 eqid 2739 . . . . . . . . . . . 12 (LSSum‘(mulGrp‘𝑅)) = (LSSum‘(mulGrp‘𝑅))
4746mxidlprm 33554 . . . . . . . . . . 11 ((𝑅 ∈ CRing ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (MaxIdeal‘𝑅)) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (PrmIdeal‘𝑅))
4835, 45, 47syl2anc 590 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (PrmIdeal‘𝑅))
49 simpllr 781 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑅))
50 simplr 774 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑅))
51 simpr 485 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦))
524, 26, 27, 28, 29ellpi 33457 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → ((𝑥(.r𝑅)𝑦) ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ↔ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)))
5351, 52mpbird 258 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → (𝑥(.r𝑅)𝑦) ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}))
54 eqid 2739 . . . . . . . . . . 11 (.r𝑅) = (.r𝑅)
554, 54prmidlc 33532 . . . . . . . . . 10 (((𝑅 ∈ CRing ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (PrmIdeal‘𝑅)) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑅) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅) ∧ (𝑥(.r𝑅)𝑦) ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}))) → (𝑥 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∨ 𝑦 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝})))
5635, 48, 49, 50, 53, 55syl23anc 1385 . . . . . . . . 9 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → (𝑥 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∨ 𝑦 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝})))
5731, 33, 56orim12da 32546 . . . . . . . 8 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → (𝑝(∥r𝑅)𝑥𝑝(∥r𝑅)𝑦))
5857ex 413 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) → (𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦) → (𝑝(∥r𝑅)𝑥𝑝(∥r𝑅)𝑦)))
5958anasss 467 . . . . . 6 (((𝜑𝑝𝐼) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑅) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅))) → (𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦) → (𝑝(∥r𝑅)𝑥𝑝(∥r𝑅)𝑦)))
6059ralrimivva 3182 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐼) → ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)∀𝑦 ∈ (Base‘𝑅)(𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦) → (𝑝(∥r𝑅)𝑥𝑝(∥r𝑅)𝑦)))
614, 7, 16, 27, 54isrprm 33609 . . . . . 6 (𝑅 ∈ PID → (𝑝 ∈ (RPrime‘𝑅) ↔ (𝑝 ∈ ((Base‘𝑅) ∖ ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)})) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)∀𝑦 ∈ (Base‘𝑅)(𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦) → (𝑝(∥r𝑅)𝑥𝑝(∥r𝑅)𝑦)))))
6261biimpar 478 . . . . 5 ((𝑅 ∈ PID ∧ (𝑝 ∈ ((Base‘𝑅) ∖ ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)})) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)∀𝑦 ∈ (Base‘𝑅)(𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦) → (𝑝(∥r𝑅)𝑥𝑝(∥r𝑅)𝑦)))) → 𝑝 ∈ (RPrime‘𝑅))
632, 25, 60, 62syl12anc 842 . . . 4 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ∈ (RPrime‘𝑅))
64 rprmirredb.p . . . 4 𝑃 = (RPrime‘𝑅)
6563, 64eleqtrrdi 2850 . . 3 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝𝑃)
66 simpr 485 . . . 4 ((𝜑𝑝𝑃) → 𝑝𝑃)
6712adantr 481 . . . 4 ((𝜑𝑝𝑃) → 𝑅 ∈ IDomn)
6864, 3, 66, 67rprmirred 33623 . . 3 ((𝜑𝑝𝑃) → 𝑝𝐼)
6965, 68impbida 806 . 2 (𝜑 → (𝑝𝐼𝑝𝑃))
7069eqrdv 2737 1 (𝜑𝐼 = 𝑃)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 207  wa 396  wo 853   = wceq 1547  wcel 2119  wne 2934  wral 3053  cdif 3880  cun 3881  cin 3882  wss 3883  {csn 4556   class class class wbr 5073  cfv 6486  (class class class)co 7357  Basecbs 17171  .rcmulr 17213  0gc0g 17394  LSSumclsm 19601  mulGrpcmgp 20113  Ringcrg 20206  CRingccrg 20207  rcdsr 20326  Unitcui 20327  Irredcir 20328  RPrimecrpm 20404  IDomncidom 20666  LIdealclidl 21200  RSpancrsp 21201  LPIRclpir 21315  PIDcpid 21330  PrmIdealcprmidl 33519  MaxIdealcmxidl 33543
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1802  ax-4 1816  ax-5 1917  ax-6 1974  ax-7 2015  ax-8 2121  ax-9 2129  ax-10 2152  ax-11 2168  ax-12 2189  ax-ext 2711  ax-rep 5200  ax-sep 5219  ax-nul 5229  ax-pow 5295  ax-pr 5363  ax-un 7679  ax-cnex 11086  ax-resscn 11087  ax-1cn 11088  ax-icn 11089  ax-addcl 11090  ax-addrcl 11091  ax-mulcl 11092  ax-mulrcl 11093  ax-mulcom 11094  ax-addass 11095  ax-mulass 11096  ax-distr 11097  ax-i2m1 11098  ax-1ne0 11099  ax-1rid 11100  ax-rnegex 11101  ax-rrecex 11102  ax-cnre 11103  ax-pre-lttri 11104  ax-pre-lttrn 11105  ax-pre-ltadd 11106  ax-pre-mulgt0 11107
This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 854  df-3or 1093  df-3an 1094  df-tru 1550  df-fal 1560  df-ex 1787  df-nf 1791  df-sb 2074  df-mo 2543  df-eu 2573  df-clab 2718  df-cleq 2731  df-clel 2814  df-nfc 2888  df-ne 2935  df-nel 3039  df-ral 3054  df-rex 3064  df-rmo 3344  df-reu 3345  df-rab 3392  df-v 3433  df-sbc 3724  df-csb 3832  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3903  df-nul 4263  df-if 4456  df-pw 4532  df-sn 4557  df-pr 4559  df-op 4563  df-uni 4840  df-int 4879  df-iun 4924  df-br 5074  df-opab 5136  df-mpt 5155  df-tr 5181  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 6253  df-ord 6314  df-on 6315  df-lim 6316  df-suc 6317  df-iota 6442  df-fun 6488  df-fn 6489  df-f 6490  df-f1 6491  df-fo 6492  df-f1o 6493  df-fv 6494  df-riota 7314  df-ov 7360  df-oprab 7361  df-mpo 7362  df-om 7808  df-1st 7932  df-2nd 7933  df-tpos 8167  df-frecs 8222  df-wrecs 8253  df-recs 8302  df-rdg 8340  df-er 8634  df-en 8885  df-dom 8886  df-sdom 8887  df-pnf 11173  df-mnf 11174  df-xr 11175  df-ltxr 11176  df-le 11177  df-sub 11371  df-neg 11372  df-nn 12167  df-2 12236  df-3 12237  df-4 12238  df-5 12239  df-6 12240  df-7 12241  df-8 12242  df-sets 17126  df-slot 17144  df-ndx 17156  df-base 17172  df-ress 17193  df-plusg 17225  df-mulr 17226  df-sca 17228  df-vsca 17229  df-ip 17230  df-0g 17396  df-mgm 18600  df-sgrp 18679  df-mnd 18695  df-submnd 18744  df-grp 18904  df-minusg 18905  df-sbg 18906  df-subg 19091  df-cntz 19284  df-lsm 19603  df-cmn 19749  df-abl 19750  df-mgp 20114  df-rng 20126  df-ur 20155  df-ring 20208  df-cring 20209  df-oppr 20309  df-dvdsr 20329  df-unit 20330  df-irred 20331  df-invr 20360  df-rprm 20405  df-nzr 20486  df-subrg 20543  df-domn 20668  df-idom 20669  df-lmod 20853  df-lss 20923  df-lsp 20963  df-sra 21164  df-rgmod 21165  df-lidl 21202  df-rsp 21203  df-lpidl 21316  df-lpir 21317  df-pid 21331  df-prmidl 33520  df-mxidl 33544
This theorem is referenced by:  dfprm3  33645
  Copyright terms: Public domain W3C validator