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Theorem rsprprmprmidlb

Description: An ideal generated by a single element is a prime iff that element is prime. (Contributed by Thierry Arnoux, 18-May-2025)

Ref Expression
Hypotheses rsprprmprmidlb.0 ⊢ 0 ˙ = 0 R
rsprprmprmidlb.b ⊢ B = Base R
rsprprmprmidlb.p ⊢ P = RPrime ⁡ R
rsprprmprmidlb.k ⊢ K = RSpan ⁡ R
rsprprmprmidlb.r ⊢ φ → R ∈ CRing
rsprprmprmidlb.x ⊢ φ → X ∈ B
rsprprmprmidlb.1 ⊢ φ → X ≠ 0 ˙
Assertion rsprprmprmidlb ⊢ φ → X ∈ P ↔ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rsprprmprmidlb.0 ⊢ 0 ˙ = 0 R
2 rsprprmprmidlb.b ⊢ B = Base R
3 rsprprmprmidlb.p ⊢ P = RPrime ⁡ R
4 rsprprmprmidlb.k ⊢ K = RSpan ⁡ R
5 rsprprmprmidlb.r ⊢ φ → R ∈ CRing
6 rsprprmprmidlb.x ⊢ φ → X ∈ B
7 rsprprmprmidlb.1 ⊢ φ → X ≠ 0 ˙
8 5 adantr ⊢ φ ∧ X ∈ P → R ∈ CRing
9 3 a1i ⊢ φ → P = RPrime ⁡ R
10 9 eleq2d ⊢ φ → X ∈ P ↔ X ∈ RPrime ⁡ R
11 10 biimpa ⊢ φ ∧ X ∈ P → X ∈ RPrime ⁡ R
12 4 8 11 rsprprmprmidl ⊢ φ ∧ X ∈ P → K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R
13 5 adantr ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R → R ∈ CRing
14 6 adantr ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R → X ∈ B
15 eqid ⊢ Unit ⁡ R = Unit ⁡ R
16 eqid ⊢ K ⁡ X = K ⁡ X
17 15 4 16 2 14 13 unitpidl1 ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R → K ⁡ X = B ↔ X ∈ Unit ⁡ R
18 17 biimpar ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ X ∈ Unit ⁡ R → K ⁡ X = B
19 13 crngringd ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R → R ∈ Ring
20 eqid ⊢ ⋅ R = ⋅ R
21 2 20 prmidlnr ⊢ R ∈ Ring ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R → K ⁡ X ≠ B
22 19 21 sylancom ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R → K ⁡ X ≠ B
23 22 adantr ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ X ∈ Unit ⁡ R → K ⁡ X ≠ B
24 23 neneqd ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ X ∈ Unit ⁡ R → ¬ K ⁡ X = B
25 18 24 pm2.65da ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R → ¬ X ∈ Unit ⁡ R
26 nelsn ⊢ X ≠ 0 ˙ → ¬ X ∈ 0 ˙
27 7 26 syl ⊢ φ → ¬ X ∈ 0 ˙
28 27 adantr ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R → ¬ X ∈ 0 ˙
29 eqid ⊢ Unit ⁡ R ∪ 0 ˙ = Unit ⁡ R ∪ 0 ˙
30 nelun ⊢ Unit ⁡ R ∪ 0 ˙ = Unit ⁡ R ∪ 0 ˙ → ¬ X ∈ Unit ⁡ R ∪ 0 ˙ ↔ ¬ X ∈ Unit ⁡ R ∧ ¬ X ∈ 0 ˙
31 29 30 ax-mp ⊢ ¬ X ∈ Unit ⁡ R ∪ 0 ˙ ↔ ¬ X ∈ Unit ⁡ R ∧ ¬ X ∈ 0 ˙
32 25 28 31 sylanbrc ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R → ¬ X ∈ Unit ⁡ R ∪ 0 ˙
33 14 32 eldifd ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R → X ∈ B ∖ Unit ⁡ R ∪ 0 ˙
34 eqid ⊢ ∥ r ⁡ R = ∥ r ⁡ R
35 19 ad3antrrr ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → R ∈ Ring
36 6 ad4antr ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → X ∈ B
37 2 4 34 35 36 ellpi ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → x ∈ K ⁡ X ↔ X ∥ r ⁡ R x
38 37 biimpa ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y ∧ x ∈ K ⁡ X → X ∥ r ⁡ R x
39 2 4 34 35 36 ellpi ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → y ∈ K ⁡ X ↔ X ∥ r ⁡ R y
40 39 biimpa ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y ∧ y ∈ K ⁡ X → X ∥ r ⁡ R y
41 5 ad4antr ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → R ∈ CRing
42 simp-4r ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R
43 simpllr ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → x ∈ B
44 simplr ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → y ∈ B
45 19 ad2antrr ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → R ∈ Ring
46 6 ad3antrrr ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → X ∈ B
47 2 4 34 45 46 ellpi ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ⋅ R y ∈ K ⁡ X ↔ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y
48 47 biimpar ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → x ⋅ R y ∈ K ⁡ X
49 2 20 prmidlc ⊢ R ∈ CRing ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ x ⋅ R y ∈ K ⁡ X → x ∈ K ⁡ X ∨ y ∈ K ⁡ X
50 41 42 43 44 48 49 syl23anc ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → x ∈ K ⁡ X ∨ y ∈ K ⁡ X
51 38 40 50 orim12da ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → X ∥ r ⁡ R x ∨ X ∥ r ⁡ R y
52 51 ex ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → X ∥ r ⁡ R x ∨ X ∥ r ⁡ R y
53 52 anasss ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → X ∥ r ⁡ R x ∨ X ∥ r ⁡ R y
54 53 ralrimivva ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → X ∥ r ⁡ R x ∨ X ∥ r ⁡ R y
55 2 15 1 34 20 isrprm ⊢ R ∈ CRing → X ∈ RPrime ⁡ R ↔ X ∈ B ∖ Unit ⁡ R ∪ 0 ˙ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → X ∥ r ⁡ R x ∨ X ∥ r ⁡ R y
56 55 biimpar ⊢ R ∈ CRing ∧ X ∈ B ∖ Unit ⁡ R ∪ 0 ˙ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B X ∥ r ⁡ R x ⋅ R y → X ∥ r ⁡ R x ∨ X ∥ r ⁡ R y → X ∈ RPrime ⁡ R
57 13 33 54 56 syl12anc ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R → X ∈ RPrime ⁡ R
58 57 3 eleqtrrdi ⊢ φ ∧ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R → X ∈ P
59 12 58 impbida ⊢ φ → X ∈ P ↔ K ⁡ X ∈ PrmIdeal ⁡ R