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 33501
Description: In a principal ideal domain, the converse of rprmirred 33500 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 480 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑅 ∈ PID)
3 rprmirredb.i . . . . . . . 8 𝐼 = (Irred‘𝑅)
4 eqid 2734 . . . . . . . 8 (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
53, 4irredcl 20397 . . . . . . 7 (𝑝𝐼𝑝 ∈ (Base‘𝑅))
65adantl 481 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ∈ (Base‘𝑅))
7 eqid 2734 . . . . . . . . 9 (Unit‘𝑅) = (Unit‘𝑅)
83, 7irrednu 20398 . . . . . . . 8 (𝑝𝐼 → ¬ 𝑝 ∈ (Unit‘𝑅))
98adantl 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝𝐼) → ¬ 𝑝 ∈ (Unit‘𝑅))
10 df-pid 21314 . . . . . . . . . . . . 13 PID = (IDomn ∩ LPIR)
111, 10eleqtrdi 2843 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑅 ∈ (IDomn ∩ LPIR))
1211elin1d 4186 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑅 ∈ IDomn)
1312idomringd 20701 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑅 ∈ Ring)
1413adantr 480 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑅 ∈ Ring)
15 simpr 484 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝𝐼)
16 eqid 2734 . . . . . . . . . 10 (0g𝑅) = (0g𝑅)
173, 16irredn0 20396 . . . . . . . . 9 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑝𝐼) → 𝑝 ≠ (0g𝑅))
1814, 15, 17syl2anc 584 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ≠ (0g𝑅))
19 nelsn 4648 . . . . . . . 8 (𝑝 ≠ (0g𝑅) → ¬ 𝑝 ∈ {(0g𝑅)})
2018, 19syl 17 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝𝐼) → ¬ 𝑝 ∈ {(0g𝑅)})
21 eqid 2734 . . . . . . . 8 ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)}) = ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)})
22 nelun 32479 . . . . . . . 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 583 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐼) → ¬ 𝑝 ∈ ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)}))
256, 24eldifd 3944 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ∈ ((Base‘𝑅) ∖ ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)})))
26 eqid 2734 . . . . . . . . . . 11 (RSpan‘𝑅) = (RSpan‘𝑅)
27 eqid 2734 . . . . . . . . . . 11 (∥r𝑅) = (∥r𝑅)
2814ad3antrrr 730 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑅 ∈ Ring)
296ad3antrrr 730 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑝 ∈ (Base‘𝑅))
304, 26, 27, 28, 29ellpi 33342 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → (𝑥 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ↔ 𝑝(∥r𝑅)𝑥))
3130biimpa 476 . . . . . . . . 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 33342 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → (𝑦 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ↔ 𝑝(∥r𝑅)𝑦))
3332biimpa 476 . . . . . . . . 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 732 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑅 ∈ CRing)
363eleq2i 2825 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑝𝐼𝑝 ∈ (Irred‘𝑅))
3736biimpi 216 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑝𝐼𝑝 ∈ (Irred‘𝑅))
3837adantl 481 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ∈ (Irred‘𝑅))
39 eqid 2734 . . . . . . . . . . . . . 14 ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) = ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝})
406snssd 4791 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑝𝐼) → {𝑝} ⊆ (Base‘𝑅))
41 eqid 2734 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (LIdeal‘𝑅) = (LIdeal‘𝑅)
4226, 4, 41rspcl 21212 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑅 ∈ Ring ∧ {𝑝} ⊆ (Base‘𝑅)) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (LIdeal‘𝑅))
4314, 40, 42syl2anc 584 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑝𝐼) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (LIdeal‘𝑅))
444, 26, 16, 39, 2, 6, 18, 43mxidlirred 33441 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑝𝐼) → (((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (MaxIdeal‘𝑅) ↔ 𝑝 ∈ (Irred‘𝑅)))
4538, 44mpbird 257 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑝𝐼) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (MaxIdeal‘𝑅))
4645ad3antrrr 730 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (MaxIdeal‘𝑅))
47 eqid 2734 . . . . . . . . . . . 12 (LSSum‘(mulGrp‘𝑅)) = (LSSum‘(mulGrp‘𝑅))
4847mxidlprm 33439 . . . . . . . . . . 11 ((𝑅 ∈ CRing ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (MaxIdeal‘𝑅)) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (PrmIdeal‘𝑅))
4935, 46, 48syl2anc 584 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (PrmIdeal‘𝑅))
50 simpllr 775 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑅))
51 simplr 768 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑅))
52 simpr 484 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦))
534, 26, 27, 28, 29ellpi 33342 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → ((𝑥(.r𝑅)𝑦) ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ↔ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)))
5452, 53mpbird 257 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → (𝑥(.r𝑅)𝑦) ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}))
55 eqid 2734 . . . . . . . . . . 11 (.r𝑅) = (.r𝑅)
564, 55prmidlc 33417 . . . . . . . . . 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})))
5735, 49, 50, 51, 54, 56syl23anc 1378 . . . . . . . . 9 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → (𝑥 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∨ 𝑦 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝})))
5831, 33, 57orim12da 32424 . . . . . . . 8 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → (𝑝(∥r𝑅)𝑥𝑝(∥r𝑅)𝑦))
5958ex 412 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) → (𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦) → (𝑝(∥r𝑅)𝑥𝑝(∥r𝑅)𝑦)))
6059anasss 466 . . . . . 6 (((𝜑𝑝𝐼) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑅) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅))) → (𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦) → (𝑝(∥r𝑅)𝑥𝑝(∥r𝑅)𝑦)))
6160ralrimivva 3189 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐼) → ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)∀𝑦 ∈ (Base‘𝑅)(𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦) → (𝑝(∥r𝑅)𝑥𝑝(∥r𝑅)𝑦)))
624, 7, 16, 27, 55isrprm 33486 . . . . . 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)))))
6362biimpar 477 . . . . 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))
642, 25, 61, 63syl12anc 836 . . . 4 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ∈ (RPrime‘𝑅))
65 rprmirredb.p . . . 4 𝑃 = (RPrime‘𝑅)
6664, 65eleqtrrdi 2844 . . 3 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝𝑃)
67 simpr 484 . . . 4 ((𝜑𝑝𝑃) → 𝑝𝑃)
6812adantr 480 . . . 4 ((𝜑𝑝𝑃) → 𝑅 ∈ IDomn)
6965, 3, 67, 68rprmirred 33500 . . 3 ((𝜑𝑝𝑃) → 𝑝𝐼)
7066, 69impbida 800 . 2 (𝜑 → (𝑝𝐼𝑝𝑃))
7170eqrdv 2732 1 (𝜑𝐼 = 𝑃)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 206  wa 395  wo 847   = wceq 1539  wcel 2107  wne 2931  wral 3050  cdif 3930  cun 3931  cin 3932  wss 3933  {csn 4608   class class class wbr 5125  cfv 6542  (class class class)co 7414  Basecbs 17230  .rcmulr 17278  0gc0g 17460  LSSumclsm 19625  mulGrpcmgp 20110  Ringcrg 20203  CRingccrg 20204  rcdsr 20327  Unitcui 20328  Irredcir 20329  RPrimecrpm 20405  IDomncidom 20666  LIdealclidl 21183  RSpancrsp 21184  LPIRclpir 21298  PIDcpid 21313  PrmIdealcprmidl 33404  MaxIdealcmxidl 33428
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1794  ax-4 1808  ax-5 1909  ax-6 1966  ax-7 2006  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2140  ax-11 2156  ax-12 2176  ax-ext 2706  ax-rep 5261  ax-sep 5278  ax-nul 5288  ax-pow 5347  ax-pr 5414  ax-un 7738  ax-cnex 11194  ax-resscn 11195  ax-1cn 11196  ax-icn 11197  ax-addcl 11198  ax-addrcl 11199  ax-mulcl 11200  ax-mulrcl 11201  ax-mulcom 11202  ax-addass 11203  ax-mulass 11204  ax-distr 11205  ax-i2m1 11206  ax-1ne0 11207  ax-1rid 11208  ax-rnegex 11209  ax-rrecex 11210  ax-cnre 11211  ax-pre-lttri 11212  ax-pre-lttrn 11213  ax-pre-ltadd 11214  ax-pre-mulgt0 11215
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1779  df-nf 1783  df-sb 2064  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2726  df-clel 2808  df-nfc 2884  df-ne 2932  df-nel 3036  df-ral 3051  df-rex 3060  df-rmo 3364  df-reu 3365  df-rab 3421  df-v 3466  df-sbc 3773  df-csb 3882  df-dif 3936  df-un 3938  df-in 3940  df-ss 3950  df-pss 3953  df-nul 4316  df-if 4508  df-pw 4584  df-sn 4609  df-pr 4611  df-op 4615  df-uni 4890  df-int 4929  df-iun 4975  df-br 5126  df-opab 5188  df-mpt 5208  df-tr 5242  df-id 5560  df-eprel 5566  df-po 5574  df-so 5575  df-fr 5619  df-we 5621  df-xp 5673  df-rel 5674  df-cnv 5675  df-co 5676  df-dm 5677  df-rn 5678  df-res 5679  df-ima 5680  df-pred 6303  df-ord 6368  df-on 6369  df-lim 6370  df-suc 6371  df-iota 6495  df-fun 6544  df-fn 6545  df-f 6546  df-f1 6547  df-fo 6548  df-f1o 6549  df-fv 6550  df-riota 7371  df-ov 7417  df-oprab 7418  df-mpo 7419  df-om 7871  df-1st 7997  df-2nd 7998  df-tpos 8234  df-frecs 8289  df-wrecs 8320  df-recs 8394  df-rdg 8433  df-er 8728  df-en 8969  df-dom 8970  df-sdom 8971  df-pnf 11280  df-mnf 11281  df-xr 11282  df-ltxr 11283  df-le 11284  df-sub 11477  df-neg 11478  df-nn 12250  df-2 12312  df-3 12313  df-4 12314  df-5 12315  df-6 12316  df-7 12317  df-8 12318  df-sets 17184  df-slot 17202  df-ndx 17214  df-base 17231  df-ress 17257  df-plusg 17290  df-mulr 17291  df-sca 17293  df-vsca 17294  df-ip 17295  df-0g 17462  df-mgm 18627  df-sgrp 18706  df-mnd 18722  df-submnd 18771  df-grp 18928  df-minusg 18929  df-sbg 18930  df-subg 19115  df-cntz 19309  df-lsm 19627  df-cmn 19773  df-abl 19774  df-mgp 20111  df-rng 20123  df-ur 20152  df-ring 20205  df-cring 20206  df-oppr 20307  df-dvdsr 20330  df-unit 20331  df-irred 20332  df-invr 20361  df-rprm 20406  df-nzr 20486  df-subrg 20543  df-domn 20668  df-idom 20669  df-lmod 20833  df-lss 20903  df-lsp 20943  df-sra 21145  df-rgmod 21146  df-lidl 21185  df-rsp 21186  df-lpidl 21299  df-lpir 21300  df-pid 21314  df-prmidl 33405  df-mxidl 33429
This theorem is referenced by:  dfprm3  33522
  Copyright terms: Public domain W3C validator