Theorem zartopn 34500

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 6897	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑃 ∈ V
4	3	elpw2 5296	. . . . . . . 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 3081	. . . . . 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 7121	. . . . . 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 20465	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑅 ∈ Ring)
12	2	rabeqi 3426	. . . . . . . . 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 2784	. . . . . . 7 ⊢ 𝑉 = (𝑖 ∈ (LIdeal‘𝑅) ↦ {𝑗 ∈ (PrmIdeal‘𝑅) ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗})
15		eqid 2761	. . . . . . 7 ⊢ (0g‘𝑅) = (0g‘𝑅)
16	14, 2, 15	zarcls0 34493	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (𝑉‘{(0g‘𝑅)}) = 𝑃)
17	7	funmpt2 6577	. . . . . . 7 ⊢ Fun 𝑉
18		eqid 2761	. . . . . . . . 9 ⊢ (LIdeal‘𝑅) = (LIdeal‘𝑅)
19	18, 15	lidl0 21503	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → {(0g‘𝑅)} ∈ (LIdeal‘𝑅))
20	3	rabex 5300	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑗 ∈ 𝑃 ∣ 𝑖 ⊆ 𝑗} ∈ V
21	20, 7	dmmpti 6681	. . . . . . . 8 ⊢ dom 𝑉 = (LIdeal‘𝑅)
22	19, 21	eleqtrrdi 2872	. . . . . . 7 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → {(0g‘𝑅)} ∈ dom 𝑉)
23		fvelrn 7074	. . . . . . 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 2862	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → 𝑃 ∈ ran 𝑉)
26	11, 25	syl 18	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → 𝑃 ∈ ran 𝑉)
27	14	zarclsint 34497	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑧 ⊆ ran 𝑉 ∧ 𝑧 ≠ ∅) → ∩ 𝑧 ∈ ran 𝑉)
28	10, 26, 27	ismred 17765	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → ran 𝑉 ∈ (Moore‘𝑃))
29		eqid 2761	. . . . . . . 8 ⊢ (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
30	21, 29	lidl1 21506	. . . . . . 7 ⊢ (𝑅 ∈ Ring → (Base‘𝑅) ∈ dom 𝑉)
31	11, 30	syl 18	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (Base‘𝑅) ∈ dom 𝑉)
32	31, 21	eleqtrdi 2871	. . . . 5 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (Base‘𝑅) ∈ (LIdeal‘𝑅))
33	14, 29	zarcls1 34494	. . . . . 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 7074	. . . . 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 2862	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → ∅ ∈ ran 𝑉)
40	14	zarclsun 34495	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ CRing ∧ 𝑥 ∈ ran 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝑉) → (𝑥 ∪ 𝑦) ∈ ran 𝑉)
41		eqid 2761	. . 3 ⊢ {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉} = {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉}
42	28, 39, 40, 41	mretopd 23403	. 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 34499	. . . . 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 2846	. . 3 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (𝐽 ∈ (TopOn‘𝑃) ↔ {𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉} ∈ (TopOn‘𝑃)))
48	46	fveq2d 6887	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ CRing → (Clsd‘𝐽) = (Clsd‘{𝑠 ∈ 𝒫 𝑃 ∣ (𝑃 ∖ 𝑠) ∈ ran 𝑉}))
49	48	eqeq2d 2772	. . 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 3077  {crab 3413   ∖ cdif 3896   ⊆ wss 3899  ∅c0 4279  𝒫 cpw 4557  {csn 4584   ↦ cmpt 5186  dom cdm 5651  ran crn 5652  Fun wfun 6531  ‘cfv 6537  Basecbs 17380  TopOpenctopn 17585  0_gc0g 17603  Ringcrg 20452  CRingccrg 20453  LIdealclidl 21477  PrmIdealcprmidl 21609  TopOnctopon 23221  Clsdccld 23327  Speccrspec 34487

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 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7749  ax-ac2 10534  ax-cnex 11249  ax-resscn 11250  ax-1cn 11251  ax-icn 11252  ax-addcl 11253  ax-addrcl 11254  ax-mulcl 11255  ax-mulrcl 11256  ax-mulcom 11257  ax-addass 11258  ax-mulass 11259  ax-distr 11260  ax-i2m1 11261  ax-1ne0 11262  ax-1rid 11263  ax-rnegex 11264  ax-rrecex 11265  ax-cnre 11266  ax-pre-lttri 11267  ax-pre-lttrn 11268  ax-pre-ltadd 11269  ax-pre-mulgt0 11270

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 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  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 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-se 5605  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-isom 6546  df-riota 7375  df-ov 7421  df-oprab 7422  df-mpo 7423  df-rpss 7737  df-om 7876  df-1st 7999  df-2nd 8000  df-frecs 8292  df-wrecs 8323  df-recs 8372  df-rdg 8411  df-1o 8469  df-oadd 8473  df-er 8710  df-en 8967  df-dom 8968  df-sdom 8969  df-fin 8970  df-dju 9975  df-card 10013  df-ac 10188  df-pnf 11338  df-mnf 11339  df-xr 11340  df-ltxr 11341  df-le 11342  df-sub 11536  df-neg 11537  df-nn 12329  df-2 12398  df-3 12399  df-4 12400  df-5 12401  df-6 12402  df-7 12403  df-8 12404  df-9 12405  df-n0 12600  df-z 12687  df-dec 12808  df-uz 12959  df-fz 13633  df-struct 17318  df-sets 17335  df-slot 17353  df-ndx 17365  df-base 17381  df-ress 17402  df-plusg 17434  df-mulr 17435  df-sca 17437  df-vsca 17438  df-ip 17439  df-tset 17440  df-ple 17441  df-rest 17586  df-topn 17587  df-0g 17605  df-mre 17749  df-mgm 18809  df-sgrp 18901  df-mnd 18917  df-submnd 18972  df-grp 19140  df-minusg 19141  df-sbg 19142  df-subg 19326  df-cntz 19524  df-lsm 19843  df-cmn 19989  df-abl 19990  df-mgp 20354  df-rng 20368  df-ur 20401  df-ring 20454  df-cring 20455  df-subrg 20815  df-lmod 21130  df-lss 21200  df-lsp 21240  df-sra 21441  df-rgmod 21442  df-lidl 21479  df-rsp 21480  df-prmidl 21610  df-lpidl 21639  df-top 23205  df-topon 23222  df-cld 23330  df-mxidl 33978  df-idlsrg 34026  df-rspec 34488

This theorem is used by:  zartop  34501  zartopon  34502  zart0  34504  zarmxt1  34505  zarcmplem  34506  rhmpreimacn  34510