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Theorem lpigen

Description: An ideal is principal iff it contains an element which right-divides all elements. (Contributed by Stefan O'Rear, 3-Jan-2015) (Revised by Wolf Lammen, 6-Sep-2020)

Ref Expression
Hypotheses lpigen.u ⊢ U = LIdeal ⁡ R
lpigen.p ⊢ P = LPIdeal ⁡ R
lpigen.d ⊢ ∥ ˙ = ∥ r ⁡ R
Assertion lpigen ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ U → I ∈ P ↔ ∃ x ∈ I ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lpigen.u ⊢ U = LIdeal ⁡ R
2 lpigen.p ⊢ P = LPIdeal ⁡ R
3 lpigen.d ⊢ ∥ ˙ = ∥ r ⁡ R
4 eqid ⊢ RSpan ⁡ R = RSpan ⁡ R
5 eqid ⊢ Base R = Base R
6 2 4 5 islpidl ⊢ R ∈ Ring → I ∈ P ↔ ∃ x ∈ Base R I = RSpan ⁡ R ⁡ x
7 6 adantr ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ U → I ∈ P ↔ ∃ x ∈ Base R I = RSpan ⁡ R ⁡ x
8 5 1 4 3 lidldvgen ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ U ∧ x ∈ Base R → I = RSpan ⁡ R ⁡ x ↔ x ∈ I ∧ ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y
9 8 3expa ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ U ∧ x ∈ Base R → I = RSpan ⁡ R ⁡ x ↔ x ∈ I ∧ ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y
10 9 rexbidva ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ U → ∃ x ∈ Base R I = RSpan ⁡ R ⁡ x ↔ ∃ x ∈ Base R x ∈ I ∧ ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y
11 simpr ⊢ x ∈ Base R ∧ x ∈ I ∧ ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y → x ∈ I ∧ ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y
12 5 1 lidlss ⊢ I ∈ U → I ⊆ Base R
13 12 adantl ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ U → I ⊆ Base R
14 13 sseld ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ U → x ∈ I → x ∈ Base R
15 14 adantrd ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ U → x ∈ I ∧ ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y → x ∈ Base R
16 15 ancrd ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ U → x ∈ I ∧ ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y → x ∈ Base R ∧ x ∈ I ∧ ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y
17 11 16 impbid2 ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ U → x ∈ Base R ∧ x ∈ I ∧ ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y ↔ x ∈ I ∧ ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y
18 17 rexbidv2 ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ U → ∃ x ∈ Base R x ∈ I ∧ ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y ↔ ∃ x ∈ I ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y
19 7 10 18 3bitrd ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ U → I ∈ P ↔ ∃ x ∈ I ∀ y ∈ I x ∥ ˙ y