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Theorem fracerl

Description: Rewrite the ring localization equivalence relation in the case of a field of fractions. (Contributed by Thierry Arnoux, 5-May-2025)

Ref Expression
Hypotheses fracerl.1 ⊢ B = Base R
fracerl.2 ⊢ · ˙ = ⋅ R
fracerl.3 ⊢ ∼ ˙ = R ~RL RLReg ⁡ R
fracerl.4 ⊢ φ → R ∈ CRing
fracerl.5 ⊢ φ → E ∈ B
fracerl.6 ⊢ φ → G ∈ B
fracerl.7 ⊢ φ → F ∈ RLReg ⁡ R
fracerl.8 ⊢ φ → H ∈ RLReg ⁡ R
Assertion fracerl ⊢ φ → E F ∼ ˙ G H ↔ E · ˙ H = G · ˙ F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fracerl.1 ⊢ B = Base R
2 fracerl.2 ⊢ · ˙ = ⋅ R
3 fracerl.3 ⊢ ∼ ˙ = R ~RL RLReg ⁡ R
4 fracerl.4 ⊢ φ → R ∈ CRing
5 fracerl.5 ⊢ φ → E ∈ B
6 fracerl.6 ⊢ φ → G ∈ B
7 fracerl.7 ⊢ φ → F ∈ RLReg ⁡ R
8 fracerl.8 ⊢ φ → H ∈ RLReg ⁡ R
9 eqid ⊢ 0 R = 0 R
10 eqid ⊢ - R = - R
11 eqid ⊢ B × RLReg ⁡ R = B × RLReg ⁡ R
12 eqid ⊢ a b | a ∈ B × RLReg ⁡ R ∧ b ∈ B × RLReg ⁡ R ∧ ∃ t ∈ RLReg ⁡ R t · ˙ 1 st ⁡ a · ˙ 2 nd ⁡ b - R 1 st ⁡ b · ˙ 2 nd ⁡ a = 0 R = a b | a ∈ B × RLReg ⁡ R ∧ b ∈ B × RLReg ⁡ R ∧ ∃ t ∈ RLReg ⁡ R t · ˙ 1 st ⁡ a · ˙ 2 nd ⁡ b - R 1 st ⁡ b · ˙ 2 nd ⁡ a = 0 R
13 eqid ⊢ RLReg ⁡ R = RLReg ⁡ R
14 13 1 rrgss ⊢ RLReg ⁡ R ⊆ B
15 14 a1i ⊢ φ → RLReg ⁡ R ⊆ B
16 1 9 2 10 11 12 15 erlval ⊢ φ → R ~RL RLReg ⁡ R = a b | a ∈ B × RLReg ⁡ R ∧ b ∈ B × RLReg ⁡ R ∧ ∃ t ∈ RLReg ⁡ R t · ˙ 1 st ⁡ a · ˙ 2 nd ⁡ b - R 1 st ⁡ b · ˙ 2 nd ⁡ a = 0 R
17 3 16 eqtrid ⊢ φ → ∼ ˙ = a b | a ∈ B × RLReg ⁡ R ∧ b ∈ B × RLReg ⁡ R ∧ ∃ t ∈ RLReg ⁡ R t · ˙ 1 st ⁡ a · ˙ 2 nd ⁡ b - R 1 st ⁡ b · ˙ 2 nd ⁡ a = 0 R
18 simprl ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → a = E F
19 18 fveq2d ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 1 st ⁡ a = 1 st ⁡ E F
20 7 adantr ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → F ∈ RLReg ⁡ R
21 op1stg ⊢ E ∈ B ∧ F ∈ RLReg ⁡ R → 1 st ⁡ E F = E
22 5 20 21 syl2an2r ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 1 st ⁡ E F = E
23 19 22 eqtrd ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 1 st ⁡ a = E
24 simprr ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → b = G H
25 24 fveq2d ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 2 nd ⁡ b = 2 nd ⁡ G H
26 8 adantr ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → H ∈ RLReg ⁡ R
27 op2ndg ⊢ G ∈ B ∧ H ∈ RLReg ⁡ R → 2 nd ⁡ G H = H
28 6 26 27 syl2an2r ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 2 nd ⁡ G H = H
29 25 28 eqtrd ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 2 nd ⁡ b = H
30 23 29 oveq12d ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 1 st ⁡ a · ˙ 2 nd ⁡ b = E · ˙ H
31 24 fveq2d ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 1 st ⁡ b = 1 st ⁡ G H
32 op1stg ⊢ G ∈ B ∧ H ∈ RLReg ⁡ R → 1 st ⁡ G H = G
33 6 26 32 syl2an2r ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 1 st ⁡ G H = G
34 31 33 eqtrd ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 1 st ⁡ b = G
35 18 fveq2d ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 2 nd ⁡ a = 2 nd ⁡ E F
36 op2ndg ⊢ E ∈ B ∧ F ∈ RLReg ⁡ R → 2 nd ⁡ E F = F
37 5 20 36 syl2an2r ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 2 nd ⁡ E F = F
38 35 37 eqtrd ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 2 nd ⁡ a = F
39 34 38 oveq12d ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 1 st ⁡ b · ˙ 2 nd ⁡ a = G · ˙ F
40 30 39 oveq12d ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → 1 st ⁡ a · ˙ 2 nd ⁡ b - R 1 st ⁡ b · ˙ 2 nd ⁡ a = E · ˙ H - R G · ˙ F
41 40 oveq2d ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → t · ˙ 1 st ⁡ a · ˙ 2 nd ⁡ b - R 1 st ⁡ b · ˙ 2 nd ⁡ a = t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F
42 41 eqeq1d ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → t · ˙ 1 st ⁡ a · ˙ 2 nd ⁡ b - R 1 st ⁡ b · ˙ 2 nd ⁡ a = 0 R ↔ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
43 42 rexbidv ⊢ φ ∧ a = E F ∧ b = G H → ∃ t ∈ RLReg ⁡ R t · ˙ 1 st ⁡ a · ˙ 2 nd ⁡ b - R 1 st ⁡ b · ˙ 2 nd ⁡ a = 0 R ↔ ∃ t ∈ RLReg ⁡ R t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
44 17 43 brab2d ⊢ φ → E F ∼ ˙ G H ↔ E F ∈ B × RLReg ⁡ R ∧ G H ∈ B × RLReg ⁡ R ∧ ∃ t ∈ RLReg ⁡ R t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
45 5 7 opelxpd ⊢ φ → E F ∈ B × RLReg ⁡ R
46 6 8 opelxpd ⊢ φ → G H ∈ B × RLReg ⁡ R
47 45 46 jca ⊢ φ → E F ∈ B × RLReg ⁡ R ∧ G H ∈ B × RLReg ⁡ R
48 47 biantrurd ⊢ φ → ∃ t ∈ RLReg ⁡ R t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R ↔ E F ∈ B × RLReg ⁡ R ∧ G H ∈ B × RLReg ⁡ R ∧ ∃ t ∈ RLReg ⁡ R t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
49 simplr ⊢ φ ∧ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → t ∈ RLReg ⁡ R
50 4 crnggrpd ⊢ φ → R ∈ Grp
51 50 ad2antrr ⊢ φ ∧ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → R ∈ Grp
52 4 crngringd ⊢ φ → R ∈ Ring
53 52 ad2antrr ⊢ φ ∧ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → R ∈ Ring
54 5 ad2antrr ⊢ φ ∧ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → E ∈ B
55 14 8 sselid ⊢ φ → H ∈ B
56 55 ad2antrr ⊢ φ ∧ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → H ∈ B
57 1 2 53 54 56 ringcld ⊢ φ ∧ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → E · ˙ H ∈ B
58 6 ad2antrr ⊢ φ ∧ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → G ∈ B
59 14 7 sselid ⊢ φ → F ∈ B
60 59 ad2antrr ⊢ φ ∧ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → F ∈ B
61 1 2 53 58 60 ringcld ⊢ φ ∧ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → G · ˙ F ∈ B
62 1 10 grpsubcl ⊢ R ∈ Grp ∧ E · ˙ H ∈ B ∧ G · ˙ F ∈ B → E · ˙ H - R G · ˙ F ∈ B
63 51 57 61 62 syl3anc ⊢ φ ∧ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → E · ˙ H - R G · ˙ F ∈ B
64 simpr ⊢ φ ∧ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
65 13 1 2 9 rrgeq0i ⊢ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ E · ˙ H - R G · ˙ F ∈ B → t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
66 65 imp ⊢ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ E · ˙ H - R G · ˙ F ∈ B ∧ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
67 49 63 64 66 syl21anc ⊢ φ ∧ t ∈ RLReg ⁡ R ∧ t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
68 67 r19.29an ⊢ φ ∧ ∃ t ∈ RLReg ⁡ R t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
69 oveq1 ⊢ t = 1 R → t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 1 R · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F
70 69 eqeq1d ⊢ t = 1 R → t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R ↔ 1 R · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
71 eqid ⊢ 1 R = 1 R
72 71 13 52 1rrg ⊢ φ → 1 R ∈ RLReg ⁡ R
73 72 adantr ⊢ φ ∧ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → 1 R ∈ RLReg ⁡ R
74 simpr ⊢ φ ∧ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
75 74 oveq2d ⊢ φ ∧ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → 1 R · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 1 R · ˙ 0 R
76 1 71 ringidcl ⊢ R ∈ Ring → 1 R ∈ B
77 52 76 syl ⊢ φ → 1 R ∈ B
78 1 2 9 52 77 ringrzd ⊢ φ → 1 R · ˙ 0 R = 0 R
79 78 adantr ⊢ φ ∧ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → 1 R · ˙ 0 R = 0 R
80 75 79 eqtrd ⊢ φ ∧ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → 1 R · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
81 70 73 80 rspcedvdw ⊢ φ ∧ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R → ∃ t ∈ RLReg ⁡ R t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
82 68 81 impbida ⊢ φ → ∃ t ∈ RLReg ⁡ R t · ˙ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R ↔ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
83 44 48 82 3bitr2d ⊢ φ → E F ∼ ˙ G H ↔ E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R
84 1 2 52 5 55 ringcld ⊢ φ → E · ˙ H ∈ B
85 1 2 52 6 59 ringcld ⊢ φ → G · ˙ F ∈ B
86 1 9 10 grpsubeq0 ⊢ R ∈ Grp ∧ E · ˙ H ∈ B ∧ G · ˙ F ∈ B → E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R ↔ E · ˙ H = G · ˙ F
87 50 84 85 86 syl3anc ⊢ φ → E · ˙ H - R G · ˙ F = 0 R ↔ E · ˙ H = G · ˙ F
88 83 87 bitrd ⊢ φ → E F ∼ ˙ G H ↔ E · ˙ H = G · ˙ F