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 33611
Description: In a principal ideal domain, the converse of rprmirred 33610 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 2737 . . . . . . . 8 (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
53, 4irredcl 20399 . . . . . . 7 (𝑝𝐼𝑝 ∈ (Base‘𝑅))
65adantl 481 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ∈ (Base‘𝑅))
7 eqid 2737 . . . . . . . . 9 (Unit‘𝑅) = (Unit‘𝑅)
83, 7irrednu 20400 . . . . . . . 8 (𝑝𝐼 → ¬ 𝑝 ∈ (Unit‘𝑅))
98adantl 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝𝐼) → ¬ 𝑝 ∈ (Unit‘𝑅))
10 df-pid 21331 . . . . . . . . . . . . 13 PID = (IDomn ∩ LPIR)
111, 10eleqtrdi 2847 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑅 ∈ (IDomn ∩ LPIR))
1211elin1d 4145 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑅 ∈ IDomn)
1312idomringd 20700 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑅 ∈ Ring)
1413adantr 480 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑅 ∈ Ring)
15 simpr 484 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝𝐼)
16 eqid 2737 . . . . . . . . . 10 (0g𝑅) = (0g𝑅)
173, 16irredn0 20398 . . . . . . . . 9 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑝𝐼) → 𝑝 ≠ (0g𝑅))
1814, 15, 17syl2anc 585 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ≠ (0g𝑅))
19 nelsn 4611 . . . . . . . 8 (𝑝 ≠ (0g𝑅) → ¬ 𝑝 ∈ {(0g𝑅)})
2018, 19syl 17 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝𝐼) → ¬ 𝑝 ∈ {(0g𝑅)})
21 eqid 2737 . . . . . . . 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 584 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐼) → ¬ 𝑝 ∈ ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)}))
256, 24eldifd 3901 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ∈ ((Base‘𝑅) ∖ ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)})))
26 eqid 2737 . . . . . . . . . . 11 (RSpan‘𝑅) = (RSpan‘𝑅)
27 eqid 2737 . . . . . . . . . . 11 (∥r𝑅) = (∥r𝑅)
2814ad3antrrr 731 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑅 ∈ Ring)
296ad3antrrr 731 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑝 ∈ (Base‘𝑅))
304, 26, 27, 28, 29ellpi 33452 . . . . . . . . . 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 33452 . . . . . . . . . 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 20699 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑅 ∈ CRing)
3534ad4antr 733 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑅 ∈ CRing)
363eleq2i 2829 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑝𝐼𝑝 ∈ (Irred‘𝑅))
3736biimpi 216 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑝𝐼𝑝 ∈ (Irred‘𝑅))
3837adantl 481 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ∈ (Irred‘𝑅))
39 eqid 2737 . . . . . . . . . . . . . 14 ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) = ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝})
406snssd 4753 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑝𝐼) → {𝑝} ⊆ (Base‘𝑅))
41 eqid 2737 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (LIdeal‘𝑅) = (LIdeal‘𝑅)
4226, 4, 41rspcl 21229 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑅 ∈ Ring ∧ {𝑝} ⊆ (Base‘𝑅)) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (LIdeal‘𝑅))
4314, 40, 42syl2anc 585 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑝𝐼) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (LIdeal‘𝑅))
444, 26, 16, 39, 2, 6, 18, 43mxidlirred 33551 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑝𝐼) → (((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (MaxIdeal‘𝑅) ↔ 𝑝 ∈ (Irred‘𝑅)))
4538, 44mpbird 257 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑝𝐼) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (MaxIdeal‘𝑅))
4645ad3antrrr 731 . . . . . . . . . . 11 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (MaxIdeal‘𝑅))
47 eqid 2737 . . . . . . . . . . . 12 (LSSum‘(mulGrp‘𝑅)) = (LSSum‘(mulGrp‘𝑅))
4847mxidlprm 33549 . . . . . . . . . . 11 ((𝑅 ∈ CRing ∧ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (MaxIdeal‘𝑅)) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (PrmIdeal‘𝑅))
4935, 46, 48syl2anc 585 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∈ (PrmIdeal‘𝑅))
50 simpllr 776 . . . . . . . . . 10 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑅))
51 simplr 769 . . . . . . . . . 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 33452 . . . . . . . . . . 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 2737 . . . . . . . . . . 11 (.r𝑅) = (.r𝑅)
564, 55prmidlc 33527 . . . . . . . . . 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 1380 . . . . . . . . 9 (((((𝜑𝑝𝐼) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) ∧ 𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦)) → (𝑥 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝}) ∨ 𝑦 ∈ ((RSpan‘𝑅)‘{𝑝})))
5831, 33, 57orim12da 32546 . . . . . . . 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 3181 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐼) → ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑅)∀𝑦 ∈ (Base‘𝑅)(𝑝(∥r𝑅)(𝑥(.r𝑅)𝑦) → (𝑝(∥r𝑅)𝑥𝑝(∥r𝑅)𝑦)))
624, 7, 16, 27, 55isrprm 33596 . . . . . 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 837 . . . 4 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ∈ (RPrime‘𝑅))
65 rprmirredb.p . . . 4 𝑃 = (RPrime‘𝑅)
6664, 65eleqtrrdi 2848 . . 3 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝𝑃)
67 simpr 484 . . . 4 ((𝜑𝑝𝑃) → 𝑝𝑃)
6812adantr 480 . . . 4 ((𝜑𝑝𝑃) → 𝑅 ∈ IDomn)
6965, 3, 67, 68rprmirred 33610 . . 3 ((𝜑𝑝𝑃) → 𝑝𝐼)
7066, 69impbida 801 . 2 (𝜑 → (𝑝𝐼𝑝𝑃))
7170eqrdv 2735 1 (𝜑𝐼 = 𝑃)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 206  wa 395  wo 848   = wceq 1542  wcel 2114  wne 2933  wral 3052  cdif 3887  cun 3888  cin 3889  wss 3890  {csn 4568   class class class wbr 5086  cfv 6494  (class class class)co 7362  Basecbs 17174  .rcmulr 17216  0gc0g 17397  LSSumclsm 19604  mulGrpcmgp 20116  Ringcrg 20209  CRingccrg 20210  rcdsr 20329  Unitcui 20330  Irredcir 20331  RPrimecrpm 20407  IDomncidom 20665  LIdealclidl 21200  RSpancrsp 21201  LPIRclpir 21315  PIDcpid 21330  PrmIdealcprmidl 33514  MaxIdealcmxidl 33538
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5213  ax-sep 5232  ax-nul 5242  ax-pow 5304  ax-pr 5372  ax-un 7684  ax-cnex 11089  ax-resscn 11090  ax-1cn 11091  ax-icn 11092  ax-addcl 11093  ax-addrcl 11094  ax-mulcl 11095  ax-mulrcl 11096  ax-mulcom 11097  ax-addass 11098  ax-mulass 11099  ax-distr 11100  ax-i2m1 11101  ax-1ne0 11102  ax-1rid 11103  ax-rnegex 11104  ax-rrecex 11105  ax-cnre 11106  ax-pre-lttri 11107  ax-pre-lttrn 11108  ax-pre-ltadd 11109  ax-pre-mulgt0 11110
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-op 4575  df-uni 4852  df-int 4891  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5521  df-eprel 5526  df-po 5534  df-so 5535  df-fr 5579  df-we 5581  df-xp 5632  df-rel 5633  df-cnv 5634  df-co 5635  df-dm 5636  df-rn 5637  df-res 5638  df-ima 5639  df-pred 6261  df-ord 6322  df-on 6323  df-lim 6324  df-suc 6325  df-iota 6450  df-fun 6496  df-fn 6497  df-f 6498  df-f1 6499  df-fo 6500  df-f1o 6501  df-fv 6502  df-riota 7319  df-ov 7365  df-oprab 7366  df-mpo 7367  df-om 7813  df-1st 7937  df-2nd 7938  df-tpos 8171  df-frecs 8226  df-wrecs 8257  df-recs 8306  df-rdg 8344  df-er 8638  df-en 8889  df-dom 8890  df-sdom 8891  df-pnf 11176  df-mnf 11177  df-xr 11178  df-ltxr 11179  df-le 11180  df-sub 11374  df-neg 11375  df-nn 12170  df-2 12239  df-3 12240  df-4 12241  df-5 12242  df-6 12243  df-7 12244  df-8 12245  df-sets 17129  df-slot 17147  df-ndx 17159  df-base 17175  df-ress 17196  df-plusg 17228  df-mulr 17229  df-sca 17231  df-vsca 17232  df-ip 17233  df-0g 17399  df-mgm 18603  df-sgrp 18682  df-mnd 18698  df-submnd 18747  df-grp 18907  df-minusg 18908  df-sbg 18909  df-subg 19094  df-cntz 19287  df-lsm 19606  df-cmn 19752  df-abl 19753  df-mgp 20117  df-rng 20129  df-ur 20158  df-ring 20211  df-cring 20212  df-oppr 20312  df-dvdsr 20332  df-unit 20333  df-irred 20334  df-invr 20363  df-rprm 20408  df-nzr 20485  df-subrg 20542  df-domn 20667  df-idom 20668  df-lmod 20852  df-lss 20922  df-lsp 20962  df-sra 21164  df-rgmod 21165  df-lidl 21202  df-rsp 21203  df-lpidl 21316  df-lpir 21317  df-pid 21331  df-prmidl 33515  df-mxidl 33539
This theorem is referenced by:  dfprm3  33632
  Copyright terms: Public domain W3C validator