Theorem zartopn 34385

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 4028	. . . . . . . 8 ⊢ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ⊆ 𝑃
2		zarcls.1	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝑃 = (PrmIdeal‘𝑅)
3	2	fvexi 6892	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑃 ∈ V
4	3	elpw2 5299	. . . . . . . 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 3080	. . . . . 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 7116	. . . . . 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 20384	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
12	2	rabeqi 3425	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} = {𝑗 ∈ (PrmIdeal‘𝑅) ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗}
13	12	mpteq2i 5201	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ↦ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗}) = (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ↦ {𝑗 ∈ (PrmIdeal‘𝑅) ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗})
14	7, 13	eqtri 2783	. . . . . . 7 ⊢ 𝑉 = (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ↦ {𝑗 ∈ (PrmIdeal‘𝑅) ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗})
15		eqid 2760	. . . . . . 7 ⊢ (0g‘𝑅) = (0g‘𝑅)
16	14, 2, 15	zarcls0 34378	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (𝑉‘{(0g‘𝑅)}) = 𝑃)
17	7	funmpt2 6572	. . . . . . 7 ⊢ Fun 𝑉
18		eqid 2760	. . . . . . . . 9 ⊢ (LIdeal‘𝑅) = (LIdeal‘𝑅)
19	18, 15	lidl0 21419	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → {(0g‘𝑅)} ∈ (LIdeal‘𝑅))
20	3	rabex 5303	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ∈ V
21	20, 7	dmmpti 6676	. . . . . . . 8 ⊢ dom 𝑉 = (LIdeal‘𝑅)
22	19, 21	eleqtrrdi 2871	. . . . . . 7 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → {(0g‘𝑅)} ∈ dom 𝑉)
23		fvelrn 7069	. . . . . . 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 2861	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ ran 𝑉)
26	11, 25	syl 18	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑃 ∈ ran 𝑉)
27	14	zarclsint 34382	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑧 ⊆ ran 𝑉 ∧ 𝑧 ≠ ∅) → ∩ 𝑧 ∈ ran 𝑉)
28	10, 26, 27	ismred 17686	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → ran 𝑉 ∈ (Moore‘𝑃))
29		eqid 2760	. . . . . . . 8 ⊢ (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
30	21, 29	lidl1 21422	. . . . . . 7 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (Base‘𝑅) ∈ dom 𝑉)
31	11, 30	syl 18	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (Base‘𝑅) ∈ dom 𝑉)
32	31, 21	eleqtrdi 2870	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (Base‘𝑅) ∈ (LIdeal‘𝑅))
33	14, 29	zarcls1 34379	. . . . . 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 7069	. . . . 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 2861	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → ∅ ∈ ran 𝑉)
40	14	zarclsun 34380	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑥 ∈ ran 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝑉) → (𝑥 ∪ 𝑦) ∈ ran 𝑉)
41		eqid 2760	. . 3 ⊢ {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉} = {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉}
42	28, 39, 40, 41	mretopd 23317	. 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 34384	. . . . 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 2845	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (𝐽 ∈ (TopOn‘𝑃) ↔ {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉} ∈ (TopOn‘𝑃)))
48	46	fveq2d 6882	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (Clsd‘𝐽) = (Clsd‘{𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉}))
49	48	eqeq2d 2771	. . 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 2145  ∀wral 3076  {crab 3412   ∖ cdif 3896   ⊆ wss 3899  ∅c0 4279  𝒫 cpw 4557  {csn 4584   ↦ cmpt 5186  dom cdm 5655  ran crn 5656  Fun wfun 6527  ‘cfv 6533  Basecbs 17301  TopOpenctopn 17506  0_gc0g 17524  Ringcrg 20372  CRingccrg 20373  LIdealclidl 21393  PrmIdealcprmidl 21523  TopOnctopon 23135  Clsdccld 23241  Speccrspec 34372

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 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2732  ax-rep 5232  ax-sep 5251  ax-nul 5263  ax-pow 5330  ax-pr 5398  ax-un 7736  ax-ac2 10465  ax-cnex 11180  ax-resscn 11181  ax-1cn 11182  ax-icn 11183  ax-addcl 11184  ax-addrcl 11185  ax-mulcl 11186  ax-mulrcl 11187  ax-mulcom 11188  ax-addass 11189  ax-mulass 11190  ax-distr 11191  ax-i2m1 11192  ax-1ne0 11193  ax-1rid 11194  ax-rnegex 11195  ax-rrecex 11196  ax-cnre 11197  ax-pre-lttri 11198  ax-pre-lttrn 11199  ax-pre-ltadd 11200  ax-pre-mulgt0 11201

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 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-tp 4589  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-iin 4954  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-se 5609  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6299  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6489  df-fun 6535  df-fn 6536  df-f 6537  df-f1 6538  df-fo 6539  df-f1o 6540  df-fv 6541  df-isom 6542  df-riota 7370  df-ov 7416  df-oprab 7417  df-mpo 7418  df-rpss 7724  df-om 7863  df-1st 7986  df-2nd 7987  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-1o 8455  df-oadd 8459  df-er 8696  df-en 8953  df-dom 8954  df-sdom 8955  df-fin 8956  df-dju 9906  df-card 9944  df-ac 10119  df-pnf 11269  df-mnf 11270  df-xr 11271  df-ltxr 11272  df-le 11273  df-sub 11467  df-neg 11468  df-nn 12258  df-2 12327  df-3 12328  df-4 12329  df-5 12330  df-6 12331  df-7 12332  df-8 12333  df-9 12334  df-n0 12529  df-z 12616  df-dec 12737  df-uz 12888  df-fz 13562  df-struct 17239  df-sets 17256  df-slot 17274  df-ndx 17286  df-base 17302  df-ress 17323  df-plusg 17355  df-mulr 17356  df-sca 17358  df-vsca 17359  df-ip 17360  df-tset 17361  df-ple 17362  df-rest 17507  df-topn 17508  df-0g 17526  df-mre 17670  df-mgm 18730  df-sgrp 18821  df-mnd 18837  df-submnd 18892  df-grp 19060  df-minusg 19061  df-sbg 19062  df-subg 19246  df-cntz 19444  df-lsm 19763  df-cmn 19909  df-abl 19910  df-mgp 20274  df-rng 20288  df-ur 20321  df-ring 20374  df-cring 20375  df-subrg 20732  df-lmod 21046  df-lss 21116  df-lsp 21156  df-sra 21357  df-rgmod 21358  df-lidl 21395  df-rsp 21396  df-prmidl 21524  df-lpidl 21553  df-top 23119  df-topon 23136  df-cld 23244  df-mxidl 33863  df-idlsrg 33911  df-rspec 34373

This theorem is used by:  zartop  34386  zartopon  34387  zart0  34389  zarmxt1  34390  zarcmplem  34391  rhmpreimacn  34395