Metamath Proof Explorer


Theorem pzriprnglem10

Description: Lemma 10 for pzriprng : The equivalence classes of R modulo J . (Contributed by AV, 22-Mar-2025)

Ref Expression
Hypotheses pzriprng.r ⊢ R = ℤ ring × 𝑠 ℤ ring
pzriprng.i ⊢ I = ℤ × 0
pzriprng.j ⊢ J = R ↾ 𝑠 I
pzriprng.1 ⊢ 1 ˙ = 1 J
pzriprng.g ⊢ ∼ ˙ = R ~ QG I
Assertion pzriprnglem10 ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → X Y ∼ ˙ = ℤ × Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pzriprng.r ⊢ R = ℤ ring × 𝑠 ℤ ring
2 pzriprng.i ⊢ I = ℤ × 0
3 pzriprng.j ⊢ J = R ↾ 𝑠 I
4 pzriprng.1 ⊢ 1 ˙ = 1 J
5 pzriprng.g ⊢ ∼ ˙ = R ~ QG I
6 1 pzriprnglem1 ⊢ R ∈ Rng
7 rnggrp ⊢ R ∈ Rng → R ∈ Grp
8 6 7 ax-mp ⊢ R ∈ Grp
9 0z ⊢ 0 ∈ ℤ
10 snssi ⊢ 0 ∈ ℤ → 0 ⊆ ℤ
11 xpss2 ⊢ 0 ⊆ ℤ → ℤ × 0 ⊆ ℤ × ℤ
12 9 10 11 mp2b ⊢ ℤ × 0 ⊆ ℤ × ℤ
13 2 12 eqsstri ⊢ I ⊆ ℤ × ℤ
14 13 a1i ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → I ⊆ ℤ × ℤ
15 opelxpi ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → X Y ∈ ℤ × ℤ
16 1 pzriprnglem2 ⊢ Base R = ℤ × ℤ
17 16 eqcomi ⊢ ℤ × ℤ = Base R
18 eqid ⊢ + R = + R
19 17 5 18 eqglact ⊢ R ∈ Grp ∧ I ⊆ ℤ × ℤ ∧ X Y ∈ ℤ × ℤ → X Y ∼ ˙ = x ∈ ℤ × ℤ ⟼ X Y + R x I
20 8 14 15 19 mp3an2i ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → X Y ∼ ˙ = x ∈ ℤ × ℤ ⟼ X Y + R x I
21 14 mptimass ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → x ∈ ℤ × ℤ ⟼ X Y + R x I = ran ⁡ x ∈ I ⟼ X Y + R x
22 eqid ⊢ x ∈ I ⟼ X Y + R x = x ∈ I ⟼ X Y + R x
23 22 rnmpt ⊢ ran ⁡ x ∈ I ⟼ X Y + R x = e | ∃ x ∈ I e = X Y + R x
24 23 a1i ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ran ⁡ x ∈ I ⟼ X Y + R x = e | ∃ x ∈ I e = X Y + R x
25 2 rexeqi ⊢ ∃ x ∈ I e = X Y + R x ↔ ∃ x ∈ ℤ × 0 e = X Y + R x
26 oveq2 ⊢ x = a b → X Y + R x = X Y + R a b
27 26 eqeq2d ⊢ x = a b → e = X Y + R x ↔ e = X Y + R a b
28 27 rexxp ⊢ ∃ x ∈ ℤ × 0 e = X Y + R x ↔ ∃ a ∈ ℤ ∃ b ∈ 0 e = X Y + R a b
29 25 28 bitri ⊢ ∃ x ∈ I e = X Y + R x ↔ ∃ a ∈ ℤ ∃ b ∈ 0 e = X Y + R a b
30 29 a1i ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ∃ x ∈ I e = X Y + R x ↔ ∃ a ∈ ℤ ∃ b ∈ 0 e = X Y + R a b
31 30 abbidv ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → e | ∃ x ∈ I e = X Y + R x = e | ∃ a ∈ ℤ ∃ b ∈ 0 e = X Y + R a b
32 c0ex ⊢ 0 ∈ V
33 opeq2 ⊢ b = 0 → a b = a 0
34 33 oveq2d ⊢ b = 0 → X Y + R a b = X Y + R a 0
35 34 eqeq2d ⊢ b = 0 → e = X Y + R a b ↔ e = X Y + R a 0
36 32 35 rexsn ⊢ ∃ b ∈ 0 e = X Y + R a b ↔ e = X Y + R a 0
37 zringbas ⊢ ℤ = Base ℤ ring
38 zringring ⊢ ℤ ring ∈ Ring
39 38 a1i ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ → ℤ ring ∈ Ring
40 simpll ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ → X ∈ ℤ
41 simplr ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ → Y ∈ ℤ
42 simpr ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ → a ∈ ℤ
43 0zd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ → 0 ∈ ℤ
44 40 42 zaddcld ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ → X + a ∈ ℤ
45 simpr ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → Y ∈ ℤ
46 0zd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → 0 ∈ ℤ
47 45 46 zaddcld ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → Y + 0 ∈ ℤ
48 47 adantr ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ → Y + 0 ∈ ℤ
49 zringplusg ⊢ + = + ℤ ring
50 1 37 37 39 39 40 41 42 43 44 48 49 49 18 xpsadd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ → X Y + R a 0 = X + a Y + 0
51 50 eqeq2d ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ → e = X Y + R a 0 ↔ e = X + a Y + 0
52 36 51 bitrid ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ → ∃ b ∈ 0 e = X Y + R a b ↔ e = X + a Y + 0
53 52 rexbidva ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ∃ a ∈ ℤ ∃ b ∈ 0 e = X Y + R a b ↔ ∃ a ∈ ℤ e = X + a Y + 0
54 53 abbidv ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → e | ∃ a ∈ ℤ ∃ b ∈ 0 e = X Y + R a b = e | ∃ a ∈ ℤ e = X + a Y + 0
55 iunab ⊢ ⋃ a ∈ ℤ e | e = X + a Y + 0 = e | ∃ a ∈ ℤ e = X + a Y + 0
56 55 eqcomi ⊢ e | ∃ a ∈ ℤ e = X + a Y + 0 = ⋃ a ∈ ℤ e | e = X + a Y + 0
57 56 a1i ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → e | ∃ a ∈ ℤ e = X + a Y + 0 = ⋃ a ∈ ℤ e | e = X + a Y + 0
58 zcn ⊢ Y ∈ ℤ → Y ∈ ℂ
59 58 adantl ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → Y ∈ ℂ
60 59 addridd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → Y + 0 = Y
61 60 opeq2d ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → X + a Y + 0 = X + a Y
62 61 eqeq2d ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → e = X + a Y + 0 ↔ e = X + a Y
63 62 abbidv ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → e | e = X + a Y + 0 = e | e = X + a Y
64 63 iuneq2d ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ⋃ a ∈ ℤ e | e = X + a Y + 0 = ⋃ a ∈ ℤ e | e = X + a Y
65 df-sn ⊢ X + a Y = e | e = X + a Y
66 65 eqcomi ⊢ e | e = X + a Y = X + a Y
67 66 a1i ⊢ a ∈ ℤ → e | e = X + a Y = X + a Y
68 67 iuneq2i ⊢ ⋃ a ∈ ℤ e | e = X + a Y = ⋃ a ∈ ℤ X + a Y
69 68 a1i ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ⋃ a ∈ ℤ e | e = X + a Y = ⋃ a ∈ ℤ X + a Y
70 velsn ⊢ y ∈ X + a Y ↔ y = X + a Y
71 70 rexbii ⊢ ∃ a ∈ ℤ y ∈ X + a Y ↔ ∃ a ∈ ℤ y = X + a Y
72 44 adantr ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ ∧ y = X + a Y → X + a ∈ ℤ
73 simplr ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ ∧ y = X + a Y ∧ b = X + a → y = X + a Y
74 opeq1 ⊢ b = X + a → b Y = X + a Y
75 74 adantl ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ ∧ y = X + a Y ∧ b = X + a → b Y = X + a Y
76 73 75 eqeq12d ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ ∧ y = X + a Y ∧ b = X + a → y = b Y ↔ X + a Y = X + a Y
77 eqidd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ ∧ y = X + a Y → X + a Y = X + a Y
78 72 76 77 rspcedvd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ ∧ y = X + a Y → ∃ b ∈ ℤ y = b Y
79 78 ex ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ a ∈ ℤ → y = X + a Y → ∃ b ∈ ℤ y = b Y
80 79 rexlimdva ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ∃ a ∈ ℤ y = X + a Y → ∃ b ∈ ℤ y = b Y
81 simpr ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → b ∈ ℤ
82 simpll ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → X ∈ ℤ
83 81 82 zsubcld ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → b − X ∈ ℤ
84 83 adantr ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ ∧ y = b Y → b − X ∈ ℤ
85 simplr ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ ∧ y = b Y ∧ a = b − X → y = b Y
86 oveq2 ⊢ a = b − X → X + a = X + b - X
87 86 adantl ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ ∧ y = b Y ∧ a = b − X → X + a = X + b - X
88 87 opeq1d ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ ∧ y = b Y ∧ a = b − X → X + a Y = X + b - X Y
89 85 88 eqeq12d ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ ∧ y = b Y ∧ a = b − X → y = X + a Y ↔ b Y = X + b - X Y
90 zcn ⊢ X ∈ ℤ → X ∈ ℂ
91 90 adantr ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → X ∈ ℂ
92 91 adantr ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → X ∈ ℂ
93 zcn ⊢ b ∈ ℤ → b ∈ ℂ
94 93 adantl ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → b ∈ ℂ
95 92 94 pncan3d ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → X + b - X = b
96 95 eqcomd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → b = X + b - X
97 96 adantr ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ ∧ y = b Y → b = X + b - X
98 97 opeq1d ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ ∧ y = b Y → b Y = X + b - X Y
99 84 89 98 rspcedvd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ ∧ y = b Y → ∃ a ∈ ℤ y = X + a Y
100 99 ex ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ ∧ b ∈ ℤ → y = b Y → ∃ a ∈ ℤ y = X + a Y
101 100 rexlimdva ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ∃ b ∈ ℤ y = b Y → ∃ a ∈ ℤ y = X + a Y
102 80 101 impbid ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ∃ a ∈ ℤ y = X + a Y ↔ ∃ b ∈ ℤ y = b Y
103 71 102 bitrid ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ∃ a ∈ ℤ y ∈ X + a Y ↔ ∃ b ∈ ℤ y = b Y
104 opeq2 ⊢ c = Y → b c = b Y
105 104 eqeq2d ⊢ c = Y → y = b c ↔ y = b Y
106 105 rexsng ⊢ Y ∈ ℤ → ∃ c ∈ Y y = b c ↔ y = b Y
107 106 adantl ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ∃ c ∈ Y y = b c ↔ y = b Y
108 107 bicomd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → y = b Y ↔ ∃ c ∈ Y y = b c
109 108 rexbidv ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ∃ b ∈ ℤ y = b Y ↔ ∃ b ∈ ℤ ∃ c ∈ Y y = b c
110 103 109 bitrd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ∃ a ∈ ℤ y ∈ X + a Y ↔ ∃ b ∈ ℤ ∃ c ∈ Y y = b c
111 eliun ⊢ y ∈ ⋃ a ∈ ℤ X + a Y ↔ ∃ a ∈ ℤ y ∈ X + a Y
112 elxp2 ⊢ y ∈ ℤ × Y ↔ ∃ b ∈ ℤ ∃ c ∈ Y y = b c
113 110 111 112 3bitr4g ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → y ∈ ⋃ a ∈ ℤ X + a Y ↔ y ∈ ℤ × Y
114 113 eqrdv ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ⋃ a ∈ ℤ X + a Y = ℤ × Y
115 64 69 114 3eqtrd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ⋃ a ∈ ℤ e | e = X + a Y + 0 = ℤ × Y
116 54 57 115 3eqtrd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → e | ∃ a ∈ ℤ ∃ b ∈ 0 e = X Y + R a b = ℤ × Y
117 24 31 116 3eqtrd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → ran ⁡ x ∈ I ⟼ X Y + R x = ℤ × Y
118 20 21 117 3eqtrd ⊢ X ∈ ℤ ∧ Y ∈ ℤ → X Y ∼ ˙ = ℤ × Y