Metamath Proof Explorer


Theorem isdomn4

Description: A ring is a domain iff it is nonzero and the left cancellation law for multiplication holds. (Contributed by SN, 15-Sep-2024)

Ref Expression
Hypotheses isdomn4.b ⊢ B = Base R
isdomn4.0 ⊢ 0 ˙ = 0 R
isdomn4.x ⊢ · ˙ = ⋅ R
Assertion isdomn4 ⊢ R ∈ Domn ↔ R ∈ NzRing ∧ ∀ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∀ b ∈ B ∀ c ∈ B a · ˙ b = a · ˙ c → b = c

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isdomn4.b ⊢ B = Base R
2 isdomn4.0 ⊢ 0 ˙ = 0 R
3 isdomn4.x ⊢ · ˙ = ⋅ R
4 domnnzr ⊢ R ∈ Domn → R ∈ NzRing
5 eqid ⊢ - R = - R
6 domnring ⊢ R ∈ Domn → R ∈ Ring
7 6 adantr ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → R ∈ Ring
8 eldifi ⊢ a ∈ B ∖ 0 ˙ → a ∈ B
9 8 3ad2ant1 ⊢ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → a ∈ B
10 9 adantl ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → a ∈ B
11 simpr2 ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → b ∈ B
12 simpr3 ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → c ∈ B
13 1 3 5 7 10 11 12 ringsubdi ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → a · ˙ b - R c = a · ˙ b - R a · ˙ c
14 13 eqeq1d ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → a · ˙ b - R c = 0 ˙ ↔ a · ˙ b - R a · ˙ c = 0 ˙
15 simpll ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B ∧ b - R c ≠ 0 ˙ → R ∈ Domn
16 10 adantr ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B ∧ b - R c ≠ 0 ˙ → a ∈ B
17 eldifsni ⊢ a ∈ B ∖ 0 ˙ → a ≠ 0 ˙
18 17 3ad2ant1 ⊢ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → a ≠ 0 ˙
19 18 ad2antlr ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B ∧ b - R c ≠ 0 ˙ → a ≠ 0 ˙
20 6 ringgrpd ⊢ R ∈ Domn → R ∈ Grp
21 1 5 grpsubcl ⊢ R ∈ Grp ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → b - R c ∈ B
22 20 21 syl3an1 ⊢ R ∈ Domn ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → b - R c ∈ B
23 22 3adant3r1 ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → b - R c ∈ B
24 23 adantr ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B ∧ b - R c ≠ 0 ˙ → b - R c ∈ B
25 simpr ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B ∧ b - R c ≠ 0 ˙ → b - R c ≠ 0 ˙
26 1 3 2 domnmuln0 ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∧ a ≠ 0 ˙ ∧ b - R c ∈ B ∧ b - R c ≠ 0 ˙ → a · ˙ b - R c ≠ 0 ˙
27 15 16 19 24 25 26 syl122anc ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B ∧ b - R c ≠ 0 ˙ → a · ˙ b - R c ≠ 0 ˙
28 27 ex ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → b - R c ≠ 0 ˙ → a · ˙ b - R c ≠ 0 ˙
29 28 necon4d ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → a · ˙ b - R c = 0 ˙ → b - R c = 0 ˙
30 14 29 sylbird ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → a · ˙ b - R a · ˙ c = 0 ˙ → b - R c = 0 ˙
31 20 adantr ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → R ∈ Grp
32 id ⊢ b ∈ B → b ∈ B
33 1 3 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ a ∈ B ∧ b ∈ B → a · ˙ b ∈ B
34 6 8 32 33 syl3an ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B → a · ˙ b ∈ B
35 34 3adant3r3 ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → a · ˙ b ∈ B
36 id ⊢ c ∈ B → c ∈ B
37 1 3 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ a ∈ B ∧ c ∈ B → a · ˙ c ∈ B
38 6 8 36 37 syl3an ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ c ∈ B → a · ˙ c ∈ B
39 38 3adant3r2 ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → a · ˙ c ∈ B
40 1 2 5 grpsubeq0 ⊢ R ∈ Grp ∧ a · ˙ b ∈ B ∧ a · ˙ c ∈ B → a · ˙ b - R a · ˙ c = 0 ˙ ↔ a · ˙ b = a · ˙ c
41 31 35 39 40 syl3anc ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → a · ˙ b - R a · ˙ c = 0 ˙ ↔ a · ˙ b = a · ˙ c
42 1 2 5 grpsubeq0 ⊢ R ∈ Grp ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → b - R c = 0 ˙ ↔ b = c
43 31 11 12 42 syl3anc ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → b - R c = 0 ˙ ↔ b = c
44 30 41 43 3imtr3d ⊢ R ∈ Domn ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ B → a · ˙ b = a · ˙ c → b = c
45 44 ralrimivvva ⊢ R ∈ Domn → ∀ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∀ b ∈ B ∀ c ∈ B a · ˙ b = a · ˙ c → b = c
46 4 45 jca ⊢ R ∈ Domn → R ∈ NzRing ∧ ∀ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∀ b ∈ B ∀ c ∈ B a · ˙ b = a · ˙ c → b = c
47 nzrring ⊢ R ∈ NzRing → R ∈ Ring
48 47 ringgrpd ⊢ R ∈ NzRing → R ∈ Grp
49 1 2 grpidcl ⊢ R ∈ Grp → 0 ˙ ∈ B
50 48 49 syl ⊢ R ∈ NzRing → 0 ˙ ∈ B
51 50 adantr ⊢ R ∈ NzRing ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B → 0 ˙ ∈ B
52 oveq2 ⊢ c = 0 ˙ → a · ˙ c = a · ˙ 0 ˙
53 52 eqeq2d ⊢ c = 0 ˙ → a · ˙ b = a · ˙ c ↔ a · ˙ b = a · ˙ 0 ˙
54 eqeq2 ⊢ c = 0 ˙ → b = c ↔ b = 0 ˙
55 53 54 imbi12d ⊢ c = 0 ˙ → a · ˙ b = a · ˙ c → b = c ↔ a · ˙ b = a · ˙ 0 ˙ → b = 0 ˙
56 55 rspcv ⊢ 0 ˙ ∈ B → ∀ c ∈ B a · ˙ b = a · ˙ c → b = c → a · ˙ b = a · ˙ 0 ˙ → b = 0 ˙
57 51 56 syl ⊢ R ∈ NzRing ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B → ∀ c ∈ B a · ˙ b = a · ˙ c → b = c → a · ˙ b = a · ˙ 0 ˙ → b = 0 ˙
58 1 3 2 ringrz ⊢ R ∈ Ring ∧ a ∈ B → a · ˙ 0 ˙ = 0 ˙
59 47 8 58 syl2an ⊢ R ∈ NzRing ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ → a · ˙ 0 ˙ = 0 ˙
60 59 adantrr ⊢ R ∈ NzRing ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B → a · ˙ 0 ˙ = 0 ˙
61 60 eqeq2d ⊢ R ∈ NzRing ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B → a · ˙ b = a · ˙ 0 ˙ ↔ a · ˙ b = 0 ˙
62 61 imbi1d ⊢ R ∈ NzRing ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B → a · ˙ b = a · ˙ 0 ˙ → b = 0 ˙ ↔ a · ˙ b = 0 ˙ → b = 0 ˙
63 57 62 sylibd ⊢ R ∈ NzRing ∧ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∧ b ∈ B → ∀ c ∈ B a · ˙ b = a · ˙ c → b = c → a · ˙ b = 0 ˙ → b = 0 ˙
64 63 ralimdvva ⊢ R ∈ NzRing → ∀ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∀ b ∈ B ∀ c ∈ B a · ˙ b = a · ˙ c → b = c → ∀ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∀ b ∈ B a · ˙ b = 0 ˙ → b = 0 ˙
65 isdomn5 ⊢ ∀ a ∈ B ∀ b ∈ B a · ˙ b = 0 ˙ → a = 0 ˙ ∨ b = 0 ˙ ↔ ∀ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∀ b ∈ B a · ˙ b = 0 ˙ → b = 0 ˙
66 64 65 imbitrrdi ⊢ R ∈ NzRing → ∀ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∀ b ∈ B ∀ c ∈ B a · ˙ b = a · ˙ c → b = c → ∀ a ∈ B ∀ b ∈ B a · ˙ b = 0 ˙ → a = 0 ˙ ∨ b = 0 ˙
67 66 imdistani ⊢ R ∈ NzRing ∧ ∀ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∀ b ∈ B ∀ c ∈ B a · ˙ b = a · ˙ c → b = c → R ∈ NzRing ∧ ∀ a ∈ B ∀ b ∈ B a · ˙ b = 0 ˙ → a = 0 ˙ ∨ b = 0 ˙
68 1 3 2 isdomn ⊢ R ∈ Domn ↔ R ∈ NzRing ∧ ∀ a ∈ B ∀ b ∈ B a · ˙ b = 0 ˙ → a = 0 ˙ ∨ b = 0 ˙
69 67 68 sylibr ⊢ R ∈ NzRing ∧ ∀ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∀ b ∈ B ∀ c ∈ B a · ˙ b = a · ˙ c → b = c → R ∈ Domn
70 46 69 impbii ⊢ R ∈ Domn ↔ R ∈ NzRing ∧ ∀ a ∈ B ∖ 0 ˙ ∀ b ∈ B ∀ c ∈ B a · ˙ b = a · ˙ c → b = c