Theorem zartopn 31811

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 4013	. . . . . . . 8 ⊢ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ⊆ 𝑃
2		zarcls.1	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝑃 = (PrmIdeal‘𝑅)
3	2	fvexi 6781	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑃 ∈ V
4	3	elpw2 5268	. . . . . . . 8 ⊢ ({𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ∈ 𝒫 𝑃 ↔ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ⊆ 𝑃)
5	1, 4	mpbir 230	. . . . . . 7 ⊢ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ∈ 𝒫 𝑃
6	5	rgenw 3076	. . . . . 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 6989	. . . . . 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 19783	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
12	2	rabeqi 3414	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} = {𝑗 ∈ (PrmIdeal‘𝑅) ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗}
13	12	mpteq2i 5179	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ↦ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗}) = (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ↦ {𝑗 ∈ (PrmIdeal‘𝑅) ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗})
14	7, 13	eqtri 2766	. . . . . . 7 ⊢ 𝑉 = (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ↦ {𝑗 ∈ (PrmIdeal‘𝑅) ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗})
15		eqid 2738	. . . . . . 7 ⊢ (0g‘𝑅) = (0g‘𝑅)
16	14, 2, 15	zarcls0 31804	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (𝑉‘{(0g‘𝑅)}) = 𝑃)
17	7	funmpt2 6466	. . . . . . 7 ⊢ Fun 𝑉
18		eqid 2738	. . . . . . . . 9 ⊢ (LIdeal‘𝑅) = (LIdeal‘𝑅)
19	18, 15	lidl0 20478	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → {(0g‘𝑅)} ∈ (LIdeal‘𝑅))
20	3	rabex 5255	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ∈ V
21	20, 7	dmmpti 6570	. . . . . . . 8 ⊢ dom 𝑉 = (LIdeal‘𝑅)
22	19, 21	eleqtrrdi 2850	. . . . . . 7 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → {(0g‘𝑅)} ∈ dom 𝑉)
23		fvelrn 6947	. . . . . . 7 ⊢ ((Fun 𝑉 ∧ {(0g‘𝑅)} ∈ dom 𝑉) → (𝑉‘{(0g‘𝑅)}) ∈ ran 𝑉)
24	17, 22, 23	sylancr 587	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (𝑉‘{(0g‘𝑅)}) ∈ ran 𝑉)
25	16, 24	eqeltrrd 2840	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ ran 𝑉)
26	11, 25	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑃 ∈ ran 𝑉)
27	14	zarclsint 31808	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑧 ⊆ ran 𝑉 ∧ 𝑧 ≠ ∅) → ∩ 𝑧 ∈ ran 𝑉)
28	10, 26, 27	ismred 17299	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → ran 𝑉 ∈ (Moore‘𝑃))
29		eqid 2738	. . . . . . . 8 ⊢ (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
30	21, 29	lidl1 20479	. . . . . . 7 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (Base‘𝑅) ∈ dom 𝑉)
31	11, 30	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (Base‘𝑅) ∈ dom 𝑉)
32	31, 21	eleqtrdi 2849	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (Base‘𝑅) ∈ (LIdeal‘𝑅))
33	14, 29	zarcls1 31805	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ (Base‘𝑅) ∈ (LIdeal‘𝑅)) → ((𝑉‘(Base‘𝑅)) = ∅ ↔ (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)))
34	29, 33	mpbiri 257	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ (Base‘𝑅) ∈ (LIdeal‘𝑅)) → (𝑉‘(Base‘𝑅)) = ∅)
35	32, 34	mpdan 684	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (𝑉‘(Base‘𝑅)) = ∅)
36	17	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → Fun 𝑉)
37		fvelrn 6947	. . . . 5 ⊢ ((Fun 𝑉 ∧ (Base‘𝑅) ∈ dom 𝑉) → (𝑉‘(Base‘𝑅)) ∈ ran 𝑉)
38	36, 31, 37	syl2anc 584	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (𝑉‘(Base‘𝑅)) ∈ ran 𝑉)
39	35, 38	eqeltrrd 2840	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → ∅ ∈ ran 𝑉)
40	14	zarclsun 31806	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑥 ∈ ran 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝑉) → (𝑥 ∪ 𝑦) ∈ ran 𝑉)
41		eqid 2738	. . 3 ⊢ {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉} = {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉}
42	28, 39, 40, 41	mretopd 22231	. 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 31810	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → 𝐽 = {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉})
46	11, 45	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝐽 = {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉})
47	46	eleq1d 2823	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (𝐽 ∈ (TopOn‘𝑃) ↔ {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉} ∈ (TopOn‘𝑃)))
48	46	fveq2d 6771	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (Clsd‘𝐽) = (Clsd‘{𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉}))
49	48	eqeq2d 2749	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (ran 𝑉 = (Clsd‘𝐽) ↔ ran 𝑉 = (Clsd‘{𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉})))
50	47, 49	anbi12d 631	. 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 256	1 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (𝐽 ∈ (TopOn‘𝑃) ∧ ran 𝑉 = (Clsd‘𝐽)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   = wceq 1539   ∈ wcel 2106  ∀wral 3064  {crab 3068   ∖ cdif 3884   ⊆ wss 3887  ∅c0 4257  𝒫 cpw 4534  {csn 4562   ↦ cmpt 5157  dom cdm 5585  ran crn 5586  Fun wfun 6421  ‘cfv 6427  Basecbs 16900  TopOpenctopn 17120  0_gc0g 17138  Ringcrg 19771  CRingccrg 19772  LIdealclidl 20420  TopOnctopon 22047  Clsdccld 22155  PrmIdealcprmidl 31596  Speccrspec 31798

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2709  ax-rep 5209  ax-sep 5222  ax-nul 5229  ax-pow 5287  ax-pr 5351  ax-un 7579  ax-ac2 10207  ax-cnex 10915  ax-resscn 10916  ax-1cn 10917  ax-icn 10918  ax-addcl 10919  ax-addrcl 10920  ax-mulcl 10921  ax-mulrcl 10922  ax-mulcom 10923  ax-addass 10924  ax-mulass 10925  ax-distr 10926  ax-i2m1 10927  ax-1ne0 10928  ax-1rid 10929  ax-rnegex 10930  ax-rrecex 10931  ax-cnre 10932  ax-pre-lttri 10933  ax-pre-lttrn 10934  ax-pre-ltadd 10935  ax-pre-mulgt0 10936

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-reu 3071  df-rmo 3072  df-rab 3073  df-v 3432  df-sbc 3717  df-csb 3833  df-dif 3890  df-un 3892  df-in 3894  df-ss 3904  df-pss 3906  df-nul 4258  df-if 4461  df-pw 4536  df-sn 4563  df-pr 4565  df-tp 4567  df-op 4569  df-uni 4841  df-int 4881  df-iun 4927  df-iin 4928  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5158  df-tr 5192  df-id 5485  df-eprel 5491  df-po 5499  df-so 5500  df-fr 5540  df-se 5541  df-we 5542  df-xp 5591  df-rel 5592  df-cnv 5593  df-co 5594  df-dm 5595  df-rn 5596  df-res 5597  df-ima 5598  df-pred 6196  df-ord 6263  df-on 6264  df-lim 6265  df-suc 6266  df-iota 6385  df-fun 6429  df-fn 6430  df-f 6431  df-f1 6432  df-fo 6433  df-f1o 6434  df-fv 6435  df-isom 6436  df-riota 7225  df-ov 7271  df-oprab 7272  df-mpo 7273  df-rpss 7567  df-om 7704  df-1st 7821  df-2nd 7822  df-frecs 8085  df-wrecs 8116  df-recs 8190  df-rdg 8229  df-1o 8285  df-oadd 8289  df-er 8486  df-en 8722  df-dom 8723  df-sdom 8724  df-fin 8725  df-dju 9647  df-card 9685  df-ac 9860  df-pnf 10999  df-mnf 11000  df-xr 11001  df-ltxr 11002  df-le 11003  df-sub 11195  df-neg 11196  df-nn 11962  df-2 12024  df-3 12025  df-4 12026  df-5 12027  df-6 12028  df-7 12029  df-8 12030  df-9 12031  df-n0 12222  df-z 12308  df-dec 12426  df-uz 12571  df-fz 13228  df-struct 16836  df-sets 16853  df-slot 16871  df-ndx 16883  df-base 16901  df-ress 16930  df-plusg 16963  df-mulr 16964  df-sca 16966  df-vsca 16967  df-ip 16968  df-tset 16969  df-ple 16970  df-rest 17121  df-topn 17122  df-0g 17140  df-mre 17283  df-mgm 18314  df-sgrp 18363  df-mnd 18374  df-submnd 18419  df-grp 18568  df-minusg 18569  df-sbg 18570  df-subg 18740  df-cntz 18911  df-lsm 19229  df-cmn 19376  df-abl 19377  df-mgp 19709  df-ur 19726  df-ring 19773  df-cring 19774  df-subrg 20010  df-lmod 20113  df-lss 20182  df-lsp 20222  df-sra 20422  df-rgmod 20423  df-lidl 20424  df-rsp 20425  df-lpidl 20502  df-top 22031  df-topon 22048  df-cld 22158  df-prmidl 31597  df-mxidl 31618  df-idlsrg 31632  df-rspec 31799

This theorem is referenced by:  zartop  31812  zartopon  31813  zart0  31815  zarmxt1  31816  zarcmplem  31817  rhmpreimacn  31821