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 33631
Description: In a principal ideal domain, the converse of rprmirred 33630 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 20377 . . . . . . 7 (𝑝𝐼𝑝 ∈ (Base‘𝑅))
65adantl 481 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ∈ (Base‘𝑅))
7 eqid 2737 . . . . . . . . 9 (Unit‘𝑅) = (Unit‘𝑅)
83, 7irrednu 20378 . . . . . . . 8 (𝑝𝐼 → ¬ 𝑝 ∈ (Unit‘𝑅))
98adantl 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝𝐼) → ¬ 𝑝 ∈ (Unit‘𝑅))
10 df-pid 21309 . . . . . . . . . . . . 13 PID = (IDomn ∩ LPIR)
111, 10eleqtrdi 2847 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑅 ∈ (IDomn ∩ LPIR))
1211elin1d 4158 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑅 ∈ IDomn)
1312idomringd 20678 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑅 ∈ Ring)
1413adantr 480 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑅 ∈ Ring)
15 simpr 484 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝𝐼)
16 eqid 2737 . . . . . . . . . 10 (0g𝑅) = (0g𝑅)
173, 16irredn0 20376 . . . . . . . . 9 ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝑝𝐼) → 𝑝 ≠ (0g𝑅))
1814, 15, 17syl2anc 585 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑝𝐼) → 𝑝 ≠ (0g𝑅))
19 nelsn 4625 . . . . . . . 8 (𝑝 ≠ (0g𝑅) → ¬ 𝑝 ∈ {(0g𝑅)})
2018, 19syl 17 . . . . . . 7 ((𝜑𝑝𝐼) → ¬ 𝑝 ∈ {(0g𝑅)})
21 eqid 2737 . . . . . . . 8 ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)}) = ((Unit‘𝑅) ∪ {(0g𝑅)})
22 nelun 32606 . . . . . . . 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 3914 . . . . 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 33472 . . . . . . . . . 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 33472 . . . . . . . . . 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 20677 . . . . . . . . . . 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 4767 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑝𝐼) → {𝑝} ⊆ (Base‘𝑅))
41 eqid 2737 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (LIdeal‘𝑅) = (LIdeal‘𝑅)
4226, 4, 41rspcl 21207 . . . . . . . . . . . . . . 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 33571 . . . . . . . . . . . . 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 33569 . . . . . . . . . . 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 33472 . . . . . . . . . . 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 33547 . . . . . . . . . 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 32550 . . . . . . . 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 33616 . . . . . 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 33630 . . 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 3900  cun 3901  cin 3902  wss 3903  {csn 4582   class class class wbr 5100  cfv 6502  (class class class)co 7370  Basecbs 17150  .rcmulr 17192  0gc0g 17373  LSSumclsm 19580  mulGrpcmgp 20092  Ringcrg 20185  CRingccrg 20186  rcdsr 20307  Unitcui 20308  Irredcir 20309  RPrimecrpm 20385  IDomncidom 20643  LIdealclidl 21178  RSpancrsp 21179  LPIRclpir 21293  PIDcpid 21308  PrmIdealcprmidl 33534  MaxIdealcmxidl 33558
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 5226  ax-sep 5245  ax-nul 5255  ax-pow 5314  ax-pr 5381  ax-un 7692  ax-cnex 11096  ax-resscn 11097  ax-1cn 11098  ax-icn 11099  ax-addcl 11100  ax-addrcl 11101  ax-mulcl 11102  ax-mulrcl 11103  ax-mulcom 11104  ax-addass 11105  ax-mulass 11106  ax-distr 11107  ax-i2m1 11108  ax-1ne0 11109  ax-1rid 11110  ax-rnegex 11111  ax-rrecex 11112  ax-cnre 11113  ax-pre-lttri 11114  ax-pre-lttrn 11115  ax-pre-ltadd 11116  ax-pre-mulgt0 11117
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 3352  df-reu 3353  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-op 4589  df-uni 4866  df-int 4905  df-iun 4950  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5529  df-eprel 5534  df-po 5542  df-so 5543  df-fr 5587  df-we 5589  df-xp 5640  df-rel 5641  df-cnv 5642  df-co 5643  df-dm 5644  df-rn 5645  df-res 5646  df-ima 5647  df-pred 6269  df-ord 6330  df-on 6331  df-lim 6332  df-suc 6333  df-iota 6458  df-fun 6504  df-fn 6505  df-f 6506  df-f1 6507  df-fo 6508  df-f1o 6509  df-fv 6510  df-riota 7327  df-ov 7373  df-oprab 7374  df-mpo 7375  df-om 7821  df-1st 7945  df-2nd 7946  df-tpos 8180  df-frecs 8235  df-wrecs 8266  df-recs 8315  df-rdg 8353  df-er 8647  df-en 8898  df-dom 8899  df-sdom 8900  df-pnf 11182  df-mnf 11183  df-xr 11184  df-ltxr 11185  df-le 11186  df-sub 11380  df-neg 11381  df-nn 12160  df-2 12222  df-3 12223  df-4 12224  df-5 12225  df-6 12226  df-7 12227  df-8 12228  df-sets 17105  df-slot 17123  df-ndx 17135  df-base 17151  df-ress 17172  df-plusg 17204  df-mulr 17205  df-sca 17207  df-vsca 17208  df-ip 17209  df-0g 17375  df-mgm 18579  df-sgrp 18658  df-mnd 18674  df-submnd 18723  df-grp 18883  df-minusg 18884  df-sbg 18885  df-subg 19070  df-cntz 19263  df-lsm 19582  df-cmn 19728  df-abl 19729  df-mgp 20093  df-rng 20105  df-ur 20134  df-ring 20187  df-cring 20188  df-oppr 20290  df-dvdsr 20310  df-unit 20311  df-irred 20312  df-invr 20341  df-rprm 20386  df-nzr 20463  df-subrg 20520  df-domn 20645  df-idom 20646  df-lmod 20830  df-lss 20900  df-lsp 20940  df-sra 21142  df-rgmod 21143  df-lidl 21180  df-rsp 21181  df-lpidl 21294  df-lpir 21295  df-pid 21309  df-prmidl 33535  df-mxidl 33559
This theorem is referenced by:  dfprm3  33652
  Copyright terms: Public domain W3C validator