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Theorem lringuplu

Description: If the sum of two elements of a local ring is invertible, then at least one of the summands must be invertible. (Contributed by Jim Kingdon, 18-Feb-2025) (Revised by SN, 23-Feb-2025)

Ref Expression
Hypotheses lring.b ⊢ φ → B = Base R
lring.u ⊢ φ → U = Unit ⁡ R
lring.p ⊢ φ → + ˙ = + R
lring.l ⊢ φ → R ∈ LRing
lring.s ⊢ φ → X + ˙ Y ∈ U
lring.x ⊢ φ → X ∈ B
lring.y ⊢ φ → Y ∈ B
Assertion lringuplu ⊢ φ → X ∈ U ∨ Y ∈ U

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lring.b ⊢ φ → B = Base R
2 lring.u ⊢ φ → U = Unit ⁡ R
3 lring.p ⊢ φ → + ˙ = + R
4 lring.l ⊢ φ → R ∈ LRing
5 lring.s ⊢ φ → X + ˙ Y ∈ U
6 lring.x ⊢ φ → X ∈ B
7 lring.y ⊢ φ → Y ∈ B
8 lringring ⊢ R ∈ LRing → R ∈ Ring
9 4 8 syl ⊢ φ → R ∈ Ring
10 6 1 eleqtrd ⊢ φ → X ∈ Base R
11 5 2 eleqtrd ⊢ φ → X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
12 eqid ⊢ Base R = Base R
13 eqid ⊢ Unit ⁡ R = Unit ⁡ R
14 eqid ⊢ / r ⁡ R = / r ⁡ R
15 eqid ⊢ ⋅ R = ⋅ R
16 12 13 14 15 dvrcan1 ⊢ R ∈ Ring ∧ X ∈ Base R ∧ X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X / r ⁡ R X + ˙ Y ⋅ R X + ˙ Y = X
17 9 10 11 16 syl3anc ⊢ φ → X / r ⁡ R X + ˙ Y ⋅ R X + ˙ Y = X
18 17 adantr ⊢ φ ∧ X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X / r ⁡ R X + ˙ Y ⋅ R X + ˙ Y = X
19 9 adantr ⊢ φ ∧ X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → R ∈ Ring
20 simpr ⊢ φ ∧ X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
21 11 adantr ⊢ φ ∧ X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
22 13 15 unitmulcl ⊢ R ∈ Ring ∧ X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R ∧ X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X / r ⁡ R X + ˙ Y ⋅ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
23 19 20 21 22 syl3anc ⊢ φ ∧ X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X / r ⁡ R X + ˙ Y ⋅ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
24 18 23 eqeltrrd ⊢ φ ∧ X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X ∈ Unit ⁡ R
25 2 adantr ⊢ φ ∧ X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → U = Unit ⁡ R
26 24 25 eleqtrrd ⊢ φ ∧ X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X ∈ U
27 26 orcd ⊢ φ ∧ X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X ∈ U ∨ Y ∈ U
28 7 1 eleqtrd ⊢ φ → Y ∈ Base R
29 12 13 14 15 dvrcan1 ⊢ R ∈ Ring ∧ Y ∈ Base R ∧ X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → Y / r ⁡ R X + ˙ Y ⋅ R X + ˙ Y = Y
30 9 28 11 29 syl3anc ⊢ φ → Y / r ⁡ R X + ˙ Y ⋅ R X + ˙ Y = Y
31 30 adantr ⊢ φ ∧ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → Y / r ⁡ R X + ˙ Y ⋅ R X + ˙ Y = Y
32 9 adantr ⊢ φ ∧ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → R ∈ Ring
33 simpr ⊢ φ ∧ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
34 11 adantr ⊢ φ ∧ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
35 13 15 unitmulcl ⊢ R ∈ Ring ∧ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R ∧ X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → Y / r ⁡ R X + ˙ Y ⋅ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
36 32 33 34 35 syl3anc ⊢ φ ∧ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → Y / r ⁡ R X + ˙ Y ⋅ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
37 31 36 eqeltrrd ⊢ φ ∧ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → Y ∈ Unit ⁡ R
38 2 adantr ⊢ φ ∧ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → U = Unit ⁡ R
39 37 38 eleqtrrd ⊢ φ ∧ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → Y ∈ U
40 39 olcd ⊢ φ ∧ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X ∈ U ∨ Y ∈ U
41 eqid ⊢ + R = + R
42 12 13 41 14 dvrdir ⊢ R ∈ Ring ∧ X ∈ Base R ∧ Y ∈ Base R ∧ X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X + R Y / r ⁡ R X + ˙ Y = X / r ⁡ R X + ˙ Y + R Y / r ⁡ R X + ˙ Y
43 9 10 28 11 42 syl13anc ⊢ φ → X + R Y / r ⁡ R X + ˙ Y = X / r ⁡ R X + ˙ Y + R Y / r ⁡ R X + ˙ Y
44 3 eqcomd ⊢ φ → + R = + ˙
45 44 oveqd ⊢ φ → X + R Y = X + ˙ Y
46 9 ringgrpd ⊢ φ → R ∈ Grp
47 12 41 46 10 28 grpcld ⊢ φ → X + R Y ∈ Base R
48 eqid ⊢ 1 R = 1 R
49 12 13 14 48 dvreq1 ⊢ R ∈ Ring ∧ X + R Y ∈ Base R ∧ X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X + R Y / r ⁡ R X + ˙ Y = 1 R ↔ X + R Y = X + ˙ Y
50 9 47 11 49 syl3anc ⊢ φ → X + R Y / r ⁡ R X + ˙ Y = 1 R ↔ X + R Y = X + ˙ Y
51 45 50 mpbird ⊢ φ → X + R Y / r ⁡ R X + ˙ Y = 1 R
52 43 51 eqtr3d ⊢ φ → X / r ⁡ R X + ˙ Y + R Y / r ⁡ R X + ˙ Y = 1 R
53 oveq2 ⊢ v = Y / r ⁡ R X + ˙ Y → X / r ⁡ R X + ˙ Y + R v = X / r ⁡ R X + ˙ Y + R Y / r ⁡ R X + ˙ Y
54 53 eqeq1d ⊢ v = Y / r ⁡ R X + ˙ Y → X / r ⁡ R X + ˙ Y + R v = 1 R ↔ X / r ⁡ R X + ˙ Y + R Y / r ⁡ R X + ˙ Y = 1 R
55 eleq1 ⊢ v = Y / r ⁡ R X + ˙ Y → v ∈ Unit ⁡ R ↔ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
56 55 orbi2d ⊢ v = Y / r ⁡ R X + ˙ Y → X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R ∨ v ∈ Unit ⁡ R ↔ X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R ∨ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
57 54 56 imbi12d ⊢ v = Y / r ⁡ R X + ˙ Y → X / r ⁡ R X + ˙ Y + R v = 1 R → X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R ∨ v ∈ Unit ⁡ R ↔ X / r ⁡ R X + ˙ Y + R Y / r ⁡ R X + ˙ Y = 1 R → X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R ∨ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
58 oveq1 ⊢ u = X / r ⁡ R X + ˙ Y → u + R v = X / r ⁡ R X + ˙ Y + R v
59 58 eqeq1d ⊢ u = X / r ⁡ R X + ˙ Y → u + R v = 1 R ↔ X / r ⁡ R X + ˙ Y + R v = 1 R
60 eleq1 ⊢ u = X / r ⁡ R X + ˙ Y → u ∈ Unit ⁡ R ↔ X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
61 60 orbi1d ⊢ u = X / r ⁡ R X + ˙ Y → u ∈ Unit ⁡ R ∨ v ∈ Unit ⁡ R ↔ X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R ∨ v ∈ Unit ⁡ R
62 59 61 imbi12d ⊢ u = X / r ⁡ R X + ˙ Y → u + R v = 1 R → u ∈ Unit ⁡ R ∨ v ∈ Unit ⁡ R ↔ X / r ⁡ R X + ˙ Y + R v = 1 R → X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R ∨ v ∈ Unit ⁡ R
63 62 ralbidv ⊢ u = X / r ⁡ R X + ˙ Y → ∀ v ∈ Base R u + R v = 1 R → u ∈ Unit ⁡ R ∨ v ∈ Unit ⁡ R ↔ ∀ v ∈ Base R X / r ⁡ R X + ˙ Y + R v = 1 R → X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R ∨ v ∈ Unit ⁡ R
64 12 41 48 13 islring ⊢ R ∈ LRing ↔ R ∈ NzRing ∧ ∀ u ∈ Base R ∀ v ∈ Base R u + R v = 1 R → u ∈ Unit ⁡ R ∨ v ∈ Unit ⁡ R
65 4 64 sylib ⊢ φ → R ∈ NzRing ∧ ∀ u ∈ Base R ∀ v ∈ Base R u + R v = 1 R → u ∈ Unit ⁡ R ∨ v ∈ Unit ⁡ R
66 65 simprd ⊢ φ → ∀ u ∈ Base R ∀ v ∈ Base R u + R v = 1 R → u ∈ Unit ⁡ R ∨ v ∈ Unit ⁡ R
67 12 13 14 dvrcl ⊢ R ∈ Ring ∧ X ∈ Base R ∧ X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Base R
68 9 10 11 67 syl3anc ⊢ φ → X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Base R
69 63 66 68 rspcdva ⊢ φ → ∀ v ∈ Base R X / r ⁡ R X + ˙ Y + R v = 1 R → X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R ∨ v ∈ Unit ⁡ R
70 12 13 14 dvrcl ⊢ R ∈ Ring ∧ Y ∈ Base R ∧ X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R → Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Base R
71 9 28 11 70 syl3anc ⊢ φ → Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Base R
72 57 69 71 rspcdva ⊢ φ → X / r ⁡ R X + ˙ Y + R Y / r ⁡ R X + ˙ Y = 1 R → X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R ∨ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
73 52 72 mpd ⊢ φ → X / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R ∨ Y / r ⁡ R X + ˙ Y ∈ Unit ⁡ R
74 27 40 73 mpjaodan ⊢ φ → X ∈ U ∨ Y ∈ U