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Theorem rsprprmprmidl

Description: In a commutative ring, ideals generated by prime elements are prime ideals. (Contributed by Thierry Arnoux, 18-May-2025)

Ref Expression
Hypotheses rsprprmprmidl.k ⊢ K = RSpan ⁡ R
rsprprmprmidl.r ⊢ φ → R ∈ CRing
rsprprmprmidl.p ⊢ φ → P ∈ RPrime ⁡ R
Assertion rsprprmprmidl ⊢ φ → K ⁡ P ∈ PrmIdeal ⁡ R

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rsprprmprmidl.k ⊢ K = RSpan ⁡ R
2 rsprprmprmidl.r ⊢ φ → R ∈ CRing
3 rsprprmprmidl.p ⊢ φ → P ∈ RPrime ⁡ R
4 2 crngringd ⊢ φ → R ∈ Ring
5 eqid ⊢ Base R = Base R
6 eqid ⊢ RPrime ⁡ R = RPrime ⁡ R
7 5 6 2 3 rprmcl ⊢ φ → P ∈ Base R
8 7 snssd ⊢ φ → P ⊆ Base R
9 eqid ⊢ LIdeal ⁡ R = LIdeal ⁡ R
10 1 5 9 rspcl ⊢ R ∈ Ring ∧ P ⊆ Base R → K ⁡ P ∈ LIdeal ⁡ R
11 4 8 10 syl2anc ⊢ φ → K ⁡ P ∈ LIdeal ⁡ R
12 eqid ⊢ 1 R = 1 R
13 5 12 ringidcl ⊢ R ∈ Ring → 1 R ∈ Base R
14 4 13 syl ⊢ φ → 1 R ∈ Base R
15 eqid ⊢ Unit ⁡ R = Unit ⁡ R
16 6 15 2 3 rprmnunit ⊢ φ → ¬ P ∈ Unit ⁡ R
17 2 adantr ⊢ φ ∧ P ∥ r ⁡ R 1 R → R ∈ CRing
18 simpr ⊢ φ ∧ P ∥ r ⁡ R 1 R → P ∥ r ⁡ R 1 R
19 15 12 1unit ⊢ R ∈ Ring → 1 R ∈ Unit ⁡ R
20 4 19 syl ⊢ φ → 1 R ∈ Unit ⁡ R
21 20 adantr ⊢ φ ∧ P ∥ r ⁡ R 1 R → 1 R ∈ Unit ⁡ R
22 eqid ⊢ ∥ r ⁡ R = ∥ r ⁡ R
23 15 22 dvdsunit ⊢ R ∈ CRing ∧ P ∥ r ⁡ R 1 R ∧ 1 R ∈ Unit ⁡ R → P ∈ Unit ⁡ R
24 17 18 21 23 syl3anc ⊢ φ ∧ P ∥ r ⁡ R 1 R → P ∈ Unit ⁡ R
25 16 24 mtand ⊢ φ → ¬ P ∥ r ⁡ R 1 R
26 5 1 22 4 7 ellpi ⊢ φ → 1 R ∈ K ⁡ P ↔ P ∥ r ⁡ R 1 R
27 25 26 mtbird ⊢ φ → ¬ 1 R ∈ K ⁡ P
28 nelne1 ⊢ 1 R ∈ Base R ∧ ¬ 1 R ∈ K ⁡ P → Base R ≠ K ⁡ P
29 14 27 28 syl2anc ⊢ φ → Base R ≠ K ⁡ P
30 29 necomd ⊢ φ → K ⁡ P ≠ Base R
31 5 1 22 4 7 ellpi ⊢ φ → x ∈ K ⁡ P ↔ P ∥ r ⁡ R x
32 31 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → x ∈ K ⁡ P ↔ P ∥ r ⁡ R x
33 32 biimpar ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ P ∧ P ∥ r ⁡ R x → x ∈ K ⁡ P
34 4 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R → R ∈ Ring
35 34 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → R ∈ Ring
36 7 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R → P ∈ Base R
37 36 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → P ∈ Base R
38 5 1 22 35 37 ellpi ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → y ∈ K ⁡ P ↔ P ∥ r ⁡ R y
39 38 biimpar ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ P ∧ P ∥ r ⁡ R y → y ∈ K ⁡ P
40 eqid ⊢ ⋅ R = ⋅ R
41 2 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → R ∈ CRing
42 3 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → P ∈ RPrime ⁡ R
43 simpllr ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → x ∈ Base R
44 simplr ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → y ∈ Base R
45 5 1 22 34 36 ellpi ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R → x ⋅ R y ∈ K ⁡ P ↔ P ∥ r ⁡ R x ⋅ R y
46 45 biimpa ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → P ∥ r ⁡ R x ⋅ R y
47 5 6 22 40 41 42 43 44 46 rprmdvds ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → P ∥ r ⁡ R x ∨ P ∥ r ⁡ R y
48 33 39 47 orim12da ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → x ∈ K ⁡ P ∨ y ∈ K ⁡ P
49 48 ex ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R → x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → x ∈ K ⁡ P ∨ y ∈ K ⁡ P
50 49 anasss ⊢ φ ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R → x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → x ∈ K ⁡ P ∨ y ∈ K ⁡ P
51 50 ralrimivva ⊢ φ → ∀ x ∈ Base R ∀ y ∈ Base R x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → x ∈ K ⁡ P ∨ y ∈ K ⁡ P
52 5 40 isprmidlc ⊢ R ∈ CRing → K ⁡ P ∈ PrmIdeal ⁡ R ↔ K ⁡ P ∈ LIdeal ⁡ R ∧ K ⁡ P ≠ Base R ∧ ∀ x ∈ Base R ∀ y ∈ Base R x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → x ∈ K ⁡ P ∨ y ∈ K ⁡ P
53 52 biimpar ⊢ R ∈ CRing ∧ K ⁡ P ∈ LIdeal ⁡ R ∧ K ⁡ P ≠ Base R ∧ ∀ x ∈ Base R ∀ y ∈ Base R x ⋅ R y ∈ K ⁡ P → x ∈ K ⁡ P ∨ y ∈ K ⁡ P → K ⁡ P ∈ PrmIdeal ⁡ R
54 2 11 30 51 53 syl13anc ⊢ φ → K ⁡ P ∈ PrmIdeal ⁡ R