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Theorem isprmidlc

Description: The predicate "is prime ideal" for commutative rings. Alternate definition for commutative rings. See definition in Lang p. 92. (Contributed by Jeff Madsen, 19-Jun-2010) (Revised by Thierry Arnoux, 12-Jan-2024)

Ref Expression
Hypotheses isprmidlc.1 ⊢ B = Base R
isprmidlc.2 ⊢ · ˙ = ⋅ R
Assertion isprmidlc ⊢ R ∈ CRing → P ∈ PrmIdeal ⁡ R ↔ P ∈ LIdeal ⁡ R ∧ P ≠ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x · ˙ y ∈ P → x ∈ P ∨ y ∈ P

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isprmidlc.1 ⊢ B = Base R
2 isprmidlc.2 ⊢ · ˙ = ⋅ R
3 crngring ⊢ R ∈ CRing → R ∈ Ring
4 prmidlidl ⊢ R ∈ Ring ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R → P ∈ LIdeal ⁡ R
5 3 4 sylan ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R → P ∈ LIdeal ⁡ R
6 1 2 prmidlnr ⊢ R ∈ Ring ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R → P ≠ B
7 3 6 sylan ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R → P ≠ B
8 3 ad4antr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → R ∈ Ring
9 simp-4r ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → P ∈ PrmIdeal ⁡ R
10 simpllr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → x ∈ B
11 10 snssd ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → x ⊆ B
12 eqid ⊢ RSpan ⁡ R = RSpan ⁡ R
13 eqid ⊢ LIdeal ⁡ R = LIdeal ⁡ R
14 12 1 13 rspcl ⊢ R ∈ Ring ∧ x ⊆ B → RSpan ⁡ R ⁡ x ∈ LIdeal ⁡ R
15 8 11 14 syl2anc ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → RSpan ⁡ R ⁡ x ∈ LIdeal ⁡ R
16 simplr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → y ∈ B
17 16 snssd ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → y ⊆ B
18 12 1 13 rspcl ⊢ R ∈ Ring ∧ y ⊆ B → RSpan ⁡ R ⁡ y ∈ LIdeal ⁡ R
19 8 17 18 syl2anc ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → RSpan ⁡ R ⁡ y ∈ LIdeal ⁡ R
20 15 19 jca ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → RSpan ⁡ R ⁡ x ∈ LIdeal ⁡ R ∧ RSpan ⁡ R ⁡ y ∈ LIdeal ⁡ R
21 simpllr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → r = m · ˙ x
22 simpr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → s = n · ˙ y
23 21 22 oveq12d ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → r · ˙ s = m · ˙ x · ˙ n · ˙ y
24 simp-10l ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → R ∈ CRing
25 simp-4r ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → m ∈ B
26 10 ad2antrr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y → x ∈ B
27 26 ad4antr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → x ∈ B
28 simplr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → n ∈ B
29 16 ad4antr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x → y ∈ B
30 29 ad2antrr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → y ∈ B
31 1 2 cringm4 ⊢ R ∈ CRing ∧ m ∈ B ∧ x ∈ B ∧ n ∈ B ∧ y ∈ B → m · ˙ x · ˙ n · ˙ y = m · ˙ n · ˙ x · ˙ y
32 24 25 27 28 30 31 syl122anc ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → m · ˙ x · ˙ n · ˙ y = m · ˙ n · ˙ x · ˙ y
33 24 3 syl ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → R ∈ Ring
34 5 ad9antr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → P ∈ LIdeal ⁡ R
35 1 2 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ m ∈ B ∧ n ∈ B → m · ˙ n ∈ B
36 33 25 28 35 syl3anc ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → m · ˙ n ∈ B
37 simp-7r ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → x · ˙ y ∈ P
38 13 1 2 lidlmcl ⊢ R ∈ Ring ∧ P ∈ LIdeal ⁡ R ∧ m · ˙ n ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → m · ˙ n · ˙ x · ˙ y ∈ P
39 33 34 36 37 38 syl22anc ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → m · ˙ n · ˙ x · ˙ y ∈ P
40 32 39 eqeltrd ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → m · ˙ x · ˙ n · ˙ y ∈ P
41 23 40 eqeltrd ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x ∧ n ∈ B ∧ s = n · ˙ y → r · ˙ s ∈ P
42 8 ad2antrr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y → R ∈ Ring
43 42 ad2antrr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x → R ∈ Ring
44 simpllr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x → s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y
45 1 2 12 elrspsn ⊢ R ∈ Ring ∧ y ∈ B → s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ↔ ∃ n ∈ B s = n · ˙ y
46 45 biimpa ⊢ R ∈ Ring ∧ y ∈ B ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y → ∃ n ∈ B s = n · ˙ y
47 43 29 44 46 syl21anc ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x → ∃ n ∈ B s = n · ˙ y
48 41 47 r19.29a ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y ∧ m ∈ B ∧ r = m · ˙ x → r · ˙ s ∈ P
49 simplr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y → r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x
50 1 2 12 elrspsn ⊢ R ∈ Ring ∧ x ∈ B → r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ↔ ∃ m ∈ B r = m · ˙ x
51 50 biimpa ⊢ R ∈ Ring ∧ x ∈ B ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x → ∃ m ∈ B r = m · ˙ x
52 42 26 49 51 syl21anc ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y → ∃ m ∈ B r = m · ˙ x
53 48 52 r19.29a ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y → r · ˙ s ∈ P
54 53 anasss ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P ∧ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∧ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y → r · ˙ s ∈ P
55 54 ralrimivva ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → ∀ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∀ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y r · ˙ s ∈ P
56 1 2 prmidl ⊢ R ∈ Ring ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ RSpan ⁡ R ⁡ x ∈ LIdeal ⁡ R ∧ RSpan ⁡ R ⁡ y ∈ LIdeal ⁡ R ∧ ∀ r ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x ∀ s ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y r · ˙ s ∈ P → RSpan ⁡ R ⁡ x ⊆ P ∨ RSpan ⁡ R ⁡ y ⊆ P
57 8 9 20 55 56 syl1111anc ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → RSpan ⁡ R ⁡ x ⊆ P ∨ RSpan ⁡ R ⁡ y ⊆ P
58 1 12 rspsnid ⊢ R ∈ Ring ∧ x ∈ B → x ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x
59 3 58 sylan ⊢ R ∈ CRing ∧ x ∈ B → x ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x
60 59 adantr ⊢ R ∈ CRing ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x
61 ssel ⊢ RSpan ⁡ R ⁡ x ⊆ P → x ∈ RSpan ⁡ R ⁡ x → x ∈ P
62 60 61 syl5com ⊢ R ∈ CRing ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → RSpan ⁡ R ⁡ x ⊆ P → x ∈ P
63 1 12 rspsnid ⊢ R ∈ Ring ∧ y ∈ B → y ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y
64 3 63 sylan ⊢ R ∈ CRing ∧ y ∈ B → y ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y
65 64 adantlr ⊢ R ∈ CRing ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y
66 ssel ⊢ RSpan ⁡ R ⁡ y ⊆ P → y ∈ RSpan ⁡ R ⁡ y → y ∈ P
67 65 66 syl5com ⊢ R ∈ CRing ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → RSpan ⁡ R ⁡ y ⊆ P → y ∈ P
68 62 67 orim12d ⊢ R ∈ CRing ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → RSpan ⁡ R ⁡ x ⊆ P ∨ RSpan ⁡ R ⁡ y ⊆ P → x ∈ P ∨ y ∈ P
69 68 adantllr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → RSpan ⁡ R ⁡ x ⊆ P ∨ RSpan ⁡ R ⁡ y ⊆ P → x ∈ P ∨ y ∈ P
70 69 adantr ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → RSpan ⁡ R ⁡ x ⊆ P ∨ RSpan ⁡ R ⁡ y ⊆ P → x ∈ P ∨ y ∈ P
71 57 70 mpd ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x · ˙ y ∈ P → x ∈ P ∨ y ∈ P
72 71 ex ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x · ˙ y ∈ P → x ∈ P ∨ y ∈ P
73 72 anasss ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x · ˙ y ∈ P → x ∈ P ∨ y ∈ P
74 73 ralrimivva ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x · ˙ y ∈ P → x ∈ P ∨ y ∈ P
75 5 7 74 3jca ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ PrmIdeal ⁡ R → P ∈ LIdeal ⁡ R ∧ P ≠ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x · ˙ y ∈ P → x ∈ P ∨ y ∈ P
76 3anass ⊢ P ∈ LIdeal ⁡ R ∧ P ≠ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x · ˙ y ∈ P → x ∈ P ∨ y ∈ P ↔ P ∈ LIdeal ⁡ R ∧ P ≠ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x · ˙ y ∈ P → x ∈ P ∨ y ∈ P
77 1 2 prmidl2 ⊢ R ∈ Ring ∧ P ∈ LIdeal ⁡ R ∧ P ≠ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x · ˙ y ∈ P → x ∈ P ∨ y ∈ P → P ∈ PrmIdeal ⁡ R
78 77 anasss ⊢ R ∈ Ring ∧ P ∈ LIdeal ⁡ R ∧ P ≠ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x · ˙ y ∈ P → x ∈ P ∨ y ∈ P → P ∈ PrmIdeal ⁡ R
79 76 78 sylan2b ⊢ R ∈ Ring ∧ P ∈ LIdeal ⁡ R ∧ P ≠ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x · ˙ y ∈ P → x ∈ P ∨ y ∈ P → P ∈ PrmIdeal ⁡ R
80 3 79 sylan ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∈ LIdeal ⁡ R ∧ P ≠ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x · ˙ y ∈ P → x ∈ P ∨ y ∈ P → P ∈ PrmIdeal ⁡ R
81 75 80 impbida ⊢ R ∈ CRing → P ∈ PrmIdeal ⁡ R ↔ P ∈ LIdeal ⁡ R ∧ P ≠ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x · ˙ y ∈ P → x ∈ P ∨ y ∈ P