Theorem zartopn 34288

Description: The Zariski topology is a topology, and its closed sets are images by 𝑉 of the ideals of 𝑅. (Contributed by Thierry Arnoux, 16-Jun-2024.)

Hypotheses

Ref	Expression
zartop.1	⊢ 𝑆 = (Spec‘𝑅)
zartop.2	⊢ 𝐽 = (TopOpen‘𝑆)
zarcls.1	⊢ 𝑃 = (PrmIdeal‘𝑅)
zarcls.2	⊢ 𝑉 = (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ↦ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗})

Assertion

Ref	Expression
zartopn	⊢ (𝑅 ∈ CRing → (𝐽 ∈ (TopOn‘𝑃) ∧ ran 𝑉 = (Clsd‘𝐽)))

Distinct variable groups:   𝑃,𝑖,𝑗   𝑅,𝑖,𝑗   𝑖,𝑉

Allowed substitution hints:   𝑆(𝑖, 𝑗)   𝐽(𝑖, 𝑗)   𝑉(𝑗)

Proof of Theorem zartopn

Dummy variables 𝑠 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ssrab2 4035	. . . . . . . 8 ⊢ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ⊆ 𝑃
2		zarcls.1	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝑃 = (PrmIdeal‘𝑅)
3	2	fvexi 6899	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑃 ∈ V
4	3	elpw2 5307	. . . . . . . 8 ⊢ ({𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ∈ 𝒫 𝑃 ↔ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ⊆ 𝑃)
5	1, 4	mpbir 234	. . . . . . 7 ⊢ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ∈ 𝒫 𝑃
6	5	rgenw 3085	. . . . . 6 ⊢ ∀𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅){𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ∈ 𝒫 𝑃
7		zarcls.2	. . . . . . 7 ⊢ 𝑉 = (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ↦ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗})
8	7	rnmptss 7122	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅){𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ∈ 𝒫 𝑃 → ran 𝑉 ⊆ 𝒫 𝑃)
9	6, 8	ax-mp 5	. . . . 5 ⊢ ran 𝑉 ⊆ 𝒫 𝑃
10	9	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → ran 𝑉 ⊆ 𝒫 𝑃)
11		crngring 20350	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
12	2	rabeqi 3431	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} = {𝑗 ∈ (PrmIdeal‘𝑅) ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗}
13	12	mpteq2i 5209	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ↦ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗}) = (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ↦ {𝑗 ∈ (PrmIdeal‘𝑅) ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗})
14	7, 13	eqtri 2788	. . . . . . 7 ⊢ 𝑉 = (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ↦ {𝑗 ∈ (PrmIdeal‘𝑅) ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗})
15		eqid 2765	. . . . . . 7 ⊢ (0g‘𝑅) = (0g‘𝑅)
16	14, 2, 15	zarcls0 34281	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (𝑉‘{(0g‘𝑅)}) = 𝑃)
17	7	funmpt2 6579	. . . . . . 7 ⊢ Fun 𝑉
18		eqid 2765	. . . . . . . . 9 ⊢ (LIdeal‘𝑅) = (LIdeal‘𝑅)
19	18, 15	lidl0 21385	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → {(0g‘𝑅)} ∈ (LIdeal‘𝑅))
20	3	rabex 5311	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ∈ V
21	20, 7	dmmpti 6683	. . . . . . . 8 ⊢ dom 𝑉 = (LIdeal‘𝑅)
22	19, 21	eleqtrrdi 2876	. . . . . . 7 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → {(0g‘𝑅)} ∈ dom 𝑉)
23		fvelrn 7075	. . . . . . 7 ⊢ ((Fun 𝑉 ∧ {(0g‘𝑅)} ∈ dom 𝑉) → (𝑉‘{(0g‘𝑅)}) ∈ ran 𝑉)
24	17, 22, 23	sylancr 599	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (𝑉‘{(0g‘𝑅)}) ∈ ran 𝑉)
25	16, 24	eqeltrrd 2866	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ ran 𝑉)
26	11, 25	syl 18	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑃 ∈ ran 𝑉)
27	14	zarclsint 34285	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑧 ⊆ ran 𝑉 ∧ 𝑧 ≠ ∅) → ∩ 𝑧 ∈ ran 𝑉)
28	10, 26, 27	ismred 17671	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → ran 𝑉 ∈ (Moore‘𝑃))
29		eqid 2765	. . . . . . . 8 ⊢ (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
30	21, 29	lidl1 21388	. . . . . . 7 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (Base‘𝑅) ∈ dom 𝑉)
31	11, 30	syl 18	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (Base‘𝑅) ∈ dom 𝑉)
32	31, 21	eleqtrdi 2875	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (Base‘𝑅) ∈ (LIdeal‘𝑅))
33	14, 29	zarcls1 34282	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ (Base‘𝑅) ∈ (LIdeal‘𝑅)) → ((𝑉‘(Base‘𝑅)) = ∅ ↔ (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)))
34	29, 33	mpbiri 261	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ (Base‘𝑅) ∈ (LIdeal‘𝑅)) → (𝑉‘(Base‘𝑅)) = ∅)
35	32, 34	mpdan 700	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (𝑉‘(Base‘𝑅)) = ∅)
36	17	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → Fun 𝑉)
37		fvelrn 7075	. . . . 5 ⊢ ((Fun 𝑉 ∧ (Base‘𝑅) ∈ dom 𝑉) → (𝑉‘(Base‘𝑅)) ∈ ran 𝑉)
38	36, 31, 37	syl2anc 596	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (𝑉‘(Base‘𝑅)) ∈ ran 𝑉)
39	35, 38	eqeltrrd 2866	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → ∅ ∈ ran 𝑉)
40	14	zarclsun 34283	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑥 ∈ ran 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝑉) → (𝑥 ∪ 𝑦) ∈ ran 𝑉)
41		eqid 2765	. . 3 ⊢ {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉} = {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉}
42	28, 39, 40, 41	mretopd 23278	. 2 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → ({𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉} ∈ (TopOn‘𝑃) ∧ ran 𝑉 = (Clsd‘{𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉})))
43		zartop.1	. . . . . 6 ⊢ 𝑆 = (Spec‘𝑅)
44		zartop.2	. . . . . 6 ⊢ 𝐽 = (TopOpen‘𝑆)
45	43, 44, 2, 7	zarcls 34287	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → 𝐽 = {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉})
46	11, 45	syl 18	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝐽 = {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉})
47	46	eleq1d 2850	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (𝐽 ∈ (TopOn‘𝑃) ↔ {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉} ∈ (TopOn‘𝑃)))
48	46	fveq2d 6889	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (Clsd‘𝐽) = (Clsd‘{𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉}))
49	48	eqeq2d 2776	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (ran 𝑉 = (Clsd‘𝐽) ↔ ran 𝑉 = (Clsd‘{𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉})))
50	47, 49	anbi12d 644	. 2 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑃) ∧ ran 𝑉 = (Clsd‘𝐽)) ↔ ({𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉} ∈ (TopOn‘𝑃) ∧ ran 𝑉 = (Clsd‘{𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉}))))
51	42, 50	mpbird 260	1 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (𝐽 ∈ (TopOn‘𝑃) ∧ ran 𝑉 = (Clsd‘𝐽)))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2146  ∀wral 3081  {crab 3418   ∖ cdif 3903   ⊆ wss 3906  ∅c0 4286  𝒫 cpw 4564  {csn 4591   ↦ cmpt 5194  dom cdm 5663  ran crn 5664  Fun wfun 6534  ‘cfv 6540  Basecbs 17286  TopOpenctopn 17491  0_gc0g 17509  Ringcrg 20338  CRingccrg 20339  LIdealclidl 21359  PrmIdealcprmidl 21489  TopOnctopon 23096  Clsdccld 23202  Speccrspec 34275

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2737  ax-rep 5240  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7738  ax-ac2 10458  ax-cnex 11167  ax-resscn 11168  ax-1cn 11169  ax-icn 11170  ax-addcl 11171  ax-addrcl 11172  ax-mulcl 11173  ax-mulrcl 11174  ax-mulcom 11175  ax-addass 11176  ax-mulass 11177  ax-distr 11178  ax-i2m1 11179  ax-1ne0 11180  ax-1rid 11181  ax-rnegex 11182  ax-rrecex 11183  ax-cnre 11184  ax-pre-lttri 11185  ax-pre-lttrn 11186  ax-pre-ltadd 11187  ax-pre-mulgt0 11188

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3067  df-ral 3082  df-rex 3092  df-rmo 3371  df-reu 3372  df-rab 3419  df-v 3459  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4287  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-tp 4596  df-op 4598  df-uni 4875  df-int 4915  df-iun 4960  df-iin 4961  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-tr 5221  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-se 5617  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6306  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6496  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-isom 6549  df-riota 7373  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-rpss 7726  df-om 7865  df-1st 7988  df-2nd 7989  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-1o 8455  df-oadd 8459  df-er 8696  df-en 8946  df-dom 8947  df-sdom 8948  df-fin 8949  df-dju 9899  df-card 9937  df-ac 10112  df-pnf 11256  df-mnf 11257  df-xr 11258  df-ltxr 11259  df-le 11260  df-sub 11454  df-neg 11455  df-nn 12245  df-2 12314  df-3 12315  df-4 12316  df-5 12317  df-6 12318  df-7 12319  df-8 12320  df-9 12321  df-n0 12516  df-z 12603  df-dec 12723  df-uz 12874  df-fz 13547  df-struct 17224  df-sets 17241  df-slot 17259  df-ndx 17271  df-base 17287  df-ress 17308  df-plusg 17340  df-mulr 17341  df-sca 17343  df-vsca 17344  df-ip 17345  df-tset 17346  df-ple 17347  df-rest 17492  df-topn 17493  df-0g 17511  df-mre 17655  df-mgm 18715  df-sgrp 18798  df-mnd 18814  df-submnd 18865  df-grp 19026  df-minusg 19027  df-sbg 19028  df-subg 19212  df-cntz 19410  df-lsm 19729  df-cmn 19875  df-abl 19876  df-mgp 20240  df-rng 20254  df-ur 20287  df-ring 20340  df-cring 20341  df-subrg 20698  df-lmod 21012  df-lss 21082  df-lsp 21122  df-sra 21323  df-rgmod 21324  df-lidl 21361  df-rsp 21362  df-prmidl 21490  df-lpidl 21519  df-top 23080  df-topon 23097  df-cld 23205  df-mxidl 33766  df-idlsrg 33814  df-rspec 34276

This theorem is used by:  zartop  34289  zartopon  34290  zart0  34292  zarmxt1  34293  zarcmplem  34294  rhmpreimacn  34298