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Theorem lidldomn1

Description: If a (left) ideal (which is not the zero ideal) of a domain has a multiplicative identity element, the identity element is the identity of the domain. (Contributed by AV, 17-Feb-2020)

Ref Expression
Hypotheses lidldomn1.l ⊢ L = LIdeal ⁡ R
lidldomn1.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
lidldomn1.1 ⊢ 1 ˙ = 1 R
lidldomn1.0 ⊢ 0 ˙ = 0 R
Assertion lidldomn1 ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → ∀ x ∈ U I · ˙ x = x ∧ x · ˙ I = x → I = 1 ˙

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lidldomn1.l ⊢ L = LIdeal ⁡ R
2 lidldomn1.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
3 lidldomn1.1 ⊢ 1 ˙ = 1 R
4 lidldomn1.0 ⊢ 0 ˙ = 0 R
5 domnring ⊢ R ∈ Domn → R ∈ Ring
6 5 3ad2ant1 ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → R ∈ Ring
7 simp2l ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → U ∈ L
8 simp2r ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → U ≠ 0 ˙
9 1 4 lidlnz ⊢ R ∈ Ring ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ → ∃ y ∈ U y ≠ 0 ˙
10 6 7 8 9 syl3anc ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → ∃ y ∈ U y ≠ 0 ˙
11 oveq2 ⊢ x = y → I · ˙ x = I · ˙ y
12 id ⊢ x = y → x = y
13 11 12 eqeq12d ⊢ x = y → I · ˙ x = x ↔ I · ˙ y = y
14 oveq1 ⊢ x = y → x · ˙ I = y · ˙ I
15 14 12 eqeq12d ⊢ x = y → x · ˙ I = x ↔ y · ˙ I = y
16 13 15 anbi12d ⊢ x = y → I · ˙ x = x ∧ x · ˙ I = x ↔ I · ˙ y = y ∧ y · ˙ I = y
17 16 rspcva ⊢ y ∈ U ∧ ∀ x ∈ U I · ˙ x = x ∧ x · ˙ I = x → I · ˙ y = y ∧ y · ˙ I = y
18 6 adantr ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → R ∈ Ring
19 eqid ⊢ Base R = Base R
20 19 1 lidlss ⊢ U ∈ L → U ⊆ Base R
21 20 adantr ⊢ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ → U ⊆ Base R
22 21 3ad2ant2 ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → U ⊆ Base R
23 22 sseld ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → y ∈ U → y ∈ Base R
24 23 com12 ⊢ y ∈ U → R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → y ∈ Base R
25 24 adantr ⊢ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → y ∈ Base R
26 25 impcom ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → y ∈ Base R
27 19 2 3 ringlidm ⊢ R ∈ Ring ∧ y ∈ Base R → 1 ˙ · ˙ y = y
28 18 26 27 syl2anc ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → 1 ˙ · ˙ y = y
29 eqeq2 ⊢ y = 1 ˙ · ˙ y → I · ˙ y = y ↔ I · ˙ y = 1 ˙ · ˙ y
30 29 eqcoms ⊢ 1 ˙ · ˙ y = y → I · ˙ y = y ↔ I · ˙ y = 1 ˙ · ˙ y
31 30 adantl ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ ∧ 1 ˙ · ˙ y = y → I · ˙ y = y ↔ I · ˙ y = 1 ˙ · ˙ y
32 ringgrp ⊢ R ∈ Ring → R ∈ Grp
33 5 32 syl ⊢ R ∈ Domn → R ∈ Grp
34 33 3ad2ant1 ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → R ∈ Grp
35 34 adantr ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → R ∈ Grp
36 21 sseld ⊢ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ → I ∈ U → I ∈ Base R
37 36 a1i ⊢ R ∈ Domn → U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ → I ∈ U → I ∈ Base R
38 37 3imp ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → I ∈ Base R
39 38 adantr ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I ∈ Base R
40 19 2 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ Base R ∧ y ∈ Base R → I · ˙ y ∈ Base R
41 18 39 26 40 syl3anc ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I · ˙ y ∈ Base R
42 19 3 ringidcl ⊢ R ∈ Ring → 1 ˙ ∈ Base R
43 5 42 syl ⊢ R ∈ Domn → 1 ˙ ∈ Base R
44 43 3ad2ant1 ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → 1 ˙ ∈ Base R
45 44 adantr ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → 1 ˙ ∈ Base R
46 19 2 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ 1 ˙ ∈ Base R ∧ y ∈ Base R → 1 ˙ · ˙ y ∈ Base R
47 18 45 26 46 syl3anc ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → 1 ˙ · ˙ y ∈ Base R
48 eqid ⊢ - R = - R
49 19 4 48 grpsubeq0 ⊢ R ∈ Grp ∧ I · ˙ y ∈ Base R ∧ 1 ˙ · ˙ y ∈ Base R → I · ˙ y - R 1 ˙ · ˙ y = 0 ˙ ↔ I · ˙ y = 1 ˙ · ˙ y
50 35 41 47 49 syl3anc ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I · ˙ y - R 1 ˙ · ˙ y = 0 ˙ ↔ I · ˙ y = 1 ˙ · ˙ y
51 19 2 48 18 39 45 26 ringsubdir ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I - R 1 ˙ · ˙ y = I · ˙ y - R 1 ˙ · ˙ y
52 51 eqeq1d ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I - R 1 ˙ · ˙ y = 0 ˙ ↔ I · ˙ y - R 1 ˙ · ˙ y = 0 ˙
53 simpl1 ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → R ∈ Domn
54 34 38 44 3jca ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → R ∈ Grp ∧ I ∈ Base R ∧ 1 ˙ ∈ Base R
55 54 adantr ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → R ∈ Grp ∧ I ∈ Base R ∧ 1 ˙ ∈ Base R
56 19 48 grpsubcl ⊢ R ∈ Grp ∧ I ∈ Base R ∧ 1 ˙ ∈ Base R → I - R 1 ˙ ∈ Base R
57 55 56 syl ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I - R 1 ˙ ∈ Base R
58 19 2 4 domneq0 ⊢ R ∈ Domn ∧ I - R 1 ˙ ∈ Base R ∧ y ∈ Base R → I - R 1 ˙ · ˙ y = 0 ˙ ↔ I - R 1 ˙ = 0 ˙ ∨ y = 0 ˙
59 53 57 26 58 syl3anc ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I - R 1 ˙ · ˙ y = 0 ˙ ↔ I - R 1 ˙ = 0 ˙ ∨ y = 0 ˙
60 19 4 48 grpsubeq0 ⊢ R ∈ Grp ∧ I ∈ Base R ∧ 1 ˙ ∈ Base R → I - R 1 ˙ = 0 ˙ ↔ I = 1 ˙
61 55 60 syl ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I - R 1 ˙ = 0 ˙ ↔ I = 1 ˙
62 61 biimpd ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I - R 1 ˙ = 0 ˙ → I = 1 ˙
63 eqneqall ⊢ y = 0 ˙ → y ≠ 0 ˙ → I = 1 ˙
64 63 com12 ⊢ y ≠ 0 ˙ → y = 0 ˙ → I = 1 ˙
65 64 adantl ⊢ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → y = 0 ˙ → I = 1 ˙
66 65 adantl ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → y = 0 ˙ → I = 1 ˙
67 62 66 jaod ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I - R 1 ˙ = 0 ˙ ∨ y = 0 ˙ → I = 1 ˙
68 59 67 sylbid ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I - R 1 ˙ · ˙ y = 0 ˙ → I = 1 ˙
69 52 68 sylbird ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I · ˙ y - R 1 ˙ · ˙ y = 0 ˙ → I = 1 ˙
70 50 69 sylbird ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I · ˙ y = 1 ˙ · ˙ y → I = 1 ˙
71 70 adantr ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ ∧ 1 ˙ · ˙ y = y → I · ˙ y = 1 ˙ · ˙ y → I = 1 ˙
72 31 71 sylbid ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ ∧ 1 ˙ · ˙ y = y → I · ˙ y = y → I = 1 ˙
73 28 72 mpdan ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I · ˙ y = y → I = 1 ˙
74 73 ex ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → I · ˙ y = y → I = 1 ˙
75 74 com13 ⊢ I · ˙ y = y → y ∈ U ∧ y ≠ 0 ˙ → R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → I = 1 ˙
76 75 expd ⊢ I · ˙ y = y → y ∈ U → y ≠ 0 ˙ → R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → I = 1 ˙
77 76 adantr ⊢ I · ˙ y = y ∧ y · ˙ I = y → y ∈ U → y ≠ 0 ˙ → R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → I = 1 ˙
78 17 77 syl ⊢ y ∈ U ∧ ∀ x ∈ U I · ˙ x = x ∧ x · ˙ I = x → y ∈ U → y ≠ 0 ˙ → R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → I = 1 ˙
79 78 ex ⊢ y ∈ U → ∀ x ∈ U I · ˙ x = x ∧ x · ˙ I = x → y ∈ U → y ≠ 0 ˙ → R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → I = 1 ˙
80 79 pm2.43b ⊢ ∀ x ∈ U I · ˙ x = x ∧ x · ˙ I = x → y ∈ U → y ≠ 0 ˙ → R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → I = 1 ˙
81 80 com14 ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → y ∈ U → y ≠ 0 ˙ → ∀ x ∈ U I · ˙ x = x ∧ x · ˙ I = x → I = 1 ˙
82 81 imp ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U ∧ y ∈ U → y ≠ 0 ˙ → ∀ x ∈ U I · ˙ x = x ∧ x · ˙ I = x → I = 1 ˙
83 82 rexlimdva ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → ∃ y ∈ U y ≠ 0 ˙ → ∀ x ∈ U I · ˙ x = x ∧ x · ˙ I = x → I = 1 ˙
84 10 83 mpd ⊢ R ∈ Domn ∧ U ∈ L ∧ U ≠ 0 ˙ ∧ I ∈ U → ∀ x ∈ U I · ˙ x = x ∧ x · ˙ I = x → I = 1 ˙