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Theorem rprmirredb

Description: In a principal ideal domain, the converse of rprmirred holds, i.e. irreducible elements are prime. (Contributed by Thierry Arnoux, 18-May-2025)

Ref Expression
Hypotheses rprmirredb.p P = RPrime R
rprmirredb.i I = Irred R
rprmirredb.r φ R PID
Assertion rprmirredb φ I = P

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rprmirredb.p P = RPrime R
2 rprmirredb.i I = Irred R
3 rprmirredb.r φ R PID
4 3 adantr φ p I R PID
5 eqid Base R = Base R
6 2 5 irredcl p I p Base R
7 6 adantl φ p I p Base R
8 eqid Unit R = Unit R
9 2 8 irrednu p I ¬ p Unit R
10 9 adantl φ p I ¬ p Unit R
11 df-pid PID = IDomn LPIR
12 3 11 eleqtrdi φ R IDomn LPIR
13 12 elin1d φ R IDomn
14 13 idomringd φ R Ring
15 14 adantr φ p I R Ring
16 simpr φ p I p I
17 eqid 0 R = 0 R
18 2 17 irredn0 R Ring p I p 0 R
19 15 16 18 syl2anc φ p I p 0 R
20 nelsn p 0 R ¬ p 0 R
21 19 20 syl φ p I ¬ p 0 R
22 eqid Unit R 0 R = Unit R 0 R
23 nelun Unit R 0 R = Unit R 0 R ¬ p Unit R 0 R ¬ p Unit R ¬ p 0 R
24 22 23 ax-mp ¬ p Unit R 0 R ¬ p Unit R ¬ p 0 R
25 10 21 24 sylanbrc φ p I ¬ p Unit R 0 R
26 7 25 eldifd φ p I p Base R Unit R 0 R
27 eqid RSpan R = RSpan R
28 eqid r R = r R
29 15 ad3antrrr φ p I x Base R y Base R p r R x R y R Ring
30 7 ad3antrrr φ p I x Base R y Base R p r R x R y p Base R
31 5 27 28 29 30 ellpi φ p I x Base R y Base R p r R x R y x RSpan R p p r R x
32 31 biimpa φ p I x Base R y Base R p r R x R y x RSpan R p p r R x
33 5 27 28 29 30 ellpi φ p I x Base R y Base R p r R x R y y RSpan R p p r R y
34 33 biimpa φ p I x Base R y Base R p r R x R y y RSpan R p p r R y
35 13 idomcringd φ R CRing
36 35 ad4antr φ p I x Base R y Base R p r R x R y R CRing
37 2 eleq2i p I p Irred R
38 37 bilani φ p I p Irred R
39 eqid RSpan R p = RSpan R p
40 7 snssd φ p I p Base R
41 eqid LIdeal R = LIdeal R
42 27 5 41 rspcl R Ring p Base R RSpan R p LIdeal R
43 15 40 42 syl2anc φ p I RSpan R p LIdeal R
44 5 27 17 39 4 7 19 43 mxidlirred φ p I RSpan R p MaxIdeal R p Irred R
45 38 44 mpbird φ p I RSpan R p MaxIdeal R
46 45 ad3antrrr φ p I x Base R y Base R p r R x R y RSpan R p MaxIdeal R
47 eqid LSSum mulGrp R = LSSum mulGrp R
48 47 mxidlprm R CRing RSpan R p MaxIdeal R RSpan R p PrmIdeal R
49 36 46 48 syl2anc φ p I x Base R y Base R p r R x R y RSpan R p PrmIdeal R
50 simpllr φ p I x Base R y Base R p r R x R y x Base R
51 simplr φ p I x Base R y Base R p r R x R y y Base R
52 simpr φ p I x Base R y Base R p r R x R y p r R x R y
53 5 27 28 29 30 ellpi φ p I x Base R y Base R p r R x R y x R y RSpan R p p r R x R y
54 52 53 mpbird φ p I x Base R y Base R p r R x R y x R y RSpan R p
55 eqid R = R
56 5 55 prmidlc R CRing RSpan R p PrmIdeal R x Base R y Base R x R y RSpan R p x RSpan R p y RSpan R p
57 36 49 50 51 54 56 syl23anc φ p I x Base R y Base R p r R x R y x RSpan R p y RSpan R p
58 32 34 57 orim12da φ p I x Base R y Base R p r R x R y p r R x p r R y
59 58 ex φ p I x Base R y Base R p r R x R y p r R x p r R y
60 59 anasss φ p I x Base R y Base R p r R x R y p r R x p r R y
61 60 ralrimivva φ p I x Base R y Base R p r R x R y p r R x p r R y
62 5 8 17 28 55 isrprm R PID p RPrime R p Base R Unit R 0 R x Base R y Base R p r R x R y p r R x p r R y
63 62 biimpar R PID p Base R Unit R 0 R x Base R y Base R p r R x R y p r R x p r R y p RPrime R
64 4 26 61 63 syl12anc φ p I p RPrime R
65 64 1 eleqtrrdi φ p I p P
66 simpr φ p P p P
67 13 adantr φ p P R IDomn
68 1 2 66 67 rprmirred φ p P p I
69 65 68 impbida φ p I p P
70 69 eqrdv φ I = P