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Theorem issubrng2

Description: Characterize the subrings of a ring by closure properties. (Contributed by AV, 15-Feb-2025)

Ref Expression
Hypotheses issubrng2.b ⊢ B = Base R
issubrng2.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
Assertion issubrng2 ⊢ R ∈ Rng → A ∈ SubRng ⁡ R ↔ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 issubrng2.b ⊢ B = Base R
2 issubrng2.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
3 subrngsubg ⊢ A ∈ SubRng ⁡ R → A ∈ SubGrp ⁡ R
4 2 subrngmcl ⊢ A ∈ SubRng ⁡ R ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A → x · ˙ y ∈ A
5 4 3expb ⊢ A ∈ SubRng ⁡ R ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A → x · ˙ y ∈ A
6 5 ralrimivva ⊢ A ∈ SubRng ⁡ R → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A
7 3 6 jca ⊢ A ∈ SubRng ⁡ R → A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A
8 simpl ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → R ∈ Rng
9 simprl ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → A ∈ SubGrp ⁡ R
10 eqid ⊢ R ↾ 𝑠 A = R ↾ 𝑠 A
11 10 subgbas ⊢ A ∈ SubGrp ⁡ R → A = Base R ↾ 𝑠 A
12 9 11 syl ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → A = Base R ↾ 𝑠 A
13 eqid ⊢ + R = + R
14 10 13 ressplusg ⊢ A ∈ SubGrp ⁡ R → + R = + R ↾ 𝑠 A
15 9 14 syl ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → + R = + R ↾ 𝑠 A
16 10 2 ressmulr ⊢ A ∈ SubGrp ⁡ R → · ˙ = ⋅ R ↾ 𝑠 A
17 9 16 syl ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → · ˙ = ⋅ R ↾ 𝑠 A
18 rngabl ⊢ R ∈ Rng → R ∈ Abel
19 10 subgabl ⊢ R ∈ Abel ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R → R ↾ 𝑠 A ∈ Abel
20 18 9 19 syl2an2r ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → R ↾ 𝑠 A ∈ Abel
21 simprr ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A
22 oveq1 ⊢ x = u → x · ˙ y = u · ˙ y
23 22 eleq1d ⊢ x = u → x · ˙ y ∈ A ↔ u · ˙ y ∈ A
24 oveq2 ⊢ y = v → u · ˙ y = u · ˙ v
25 24 eleq1d ⊢ y = v → u · ˙ y ∈ A ↔ u · ˙ v ∈ A
26 23 25 rspc2v ⊢ u ∈ A ∧ v ∈ A → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → u · ˙ v ∈ A
27 21 26 syl5com ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → u ∈ A ∧ v ∈ A → u · ˙ v ∈ A
28 27 3impib ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A ∧ u ∈ A ∧ v ∈ A → u · ˙ v ∈ A
29 1 subgss ⊢ A ∈ SubGrp ⁡ R → A ⊆ B
30 9 29 syl ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → A ⊆ B
31 30 sseld ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → u ∈ A → u ∈ B
32 30 sseld ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → v ∈ A → v ∈ B
33 30 sseld ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → w ∈ A → w ∈ B
34 31 32 33 3anim123d ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → u ∈ A ∧ v ∈ A ∧ w ∈ A → u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B
35 34 imp ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A ∧ u ∈ A ∧ v ∈ A ∧ w ∈ A → u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B
36 1 2 rngass ⊢ R ∈ Rng ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u · ˙ v · ˙ w = u · ˙ v · ˙ w
37 36 adantlr ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u · ˙ v · ˙ w = u · ˙ v · ˙ w
38 35 37 syldan ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A ∧ u ∈ A ∧ v ∈ A ∧ w ∈ A → u · ˙ v · ˙ w = u · ˙ v · ˙ w
39 1 13 2 rngdi ⊢ R ∈ Rng ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u · ˙ v + R w = u · ˙ v + R u · ˙ w
40 39 adantlr ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u · ˙ v + R w = u · ˙ v + R u · ˙ w
41 35 40 syldan ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A ∧ u ∈ A ∧ v ∈ A ∧ w ∈ A → u · ˙ v + R w = u · ˙ v + R u · ˙ w
42 1 13 2 rngdir ⊢ R ∈ Rng ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u + R v · ˙ w = u · ˙ w + R v · ˙ w
43 42 adantlr ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u + R v · ˙ w = u · ˙ w + R v · ˙ w
44 35 43 syldan ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A ∧ u ∈ A ∧ v ∈ A ∧ w ∈ A → u + R v · ˙ w = u · ˙ w + R v · ˙ w
45 12 15 17 20 28 38 41 44 isrngd ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → R ↾ 𝑠 A ∈ Rng
46 1 issubrng ⊢ A ∈ SubRng ⁡ R ↔ R ∈ Rng ∧ R ↾ 𝑠 A ∈ Rng ∧ A ⊆ B
47 8 45 30 46 syl3anbrc ⊢ R ∈ Rng ∧ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → A ∈ SubRng ⁡ R
48 47 ex ⊢ R ∈ Rng → A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A → A ∈ SubRng ⁡ R
49 7 48 impbid2 ⊢ R ∈ Rng → A ∈ SubRng ⁡ R ↔ A ∈ SubGrp ⁡ R ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x · ˙ y ∈ A