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Theorem zsoring

Description: The surreal integers form an ordered ring. Note that we have to restrict the operations here since No is a proper class. (Contributed by Scott Fenton, 23-Dec-2025)

Ref Expression
Hypotheses zsoring.1 s = Base K
zsoring.2 + s s × s = + K
zsoring.3 s s × s = K
zsoring.4 s s × s = K
zsoring.5 0 s = 0 K
Assertion zsoring K oRing

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 zsoring.1 s = Base K
2 zsoring.2 + s s × s = + K
3 zsoring.3 s s × s = K
4 zsoring.4 s s × s = K
5 zsoring.5 0 s = 0 K
6 ovres x s y s x + s s × s y = x + s y
7 zaddscl x s y s x + s y s
8 6 7 eqeltrd x s y s x + s s × s y s
9 zno x s x No
10 zno y s y No
11 zno z s z No
12 addsass x No y No z No x + s y + s z = x + s y + s z
13 9 10 11 12 syl3an x s y s z s x + s y + s z = x + s y + s z
14 6 3adant3 x s y s z s x + s s × s y = x + s y
15 14 oveq1d x s y s z s x + s s × s y + s s × s z = x + s y + s s × s z
16 7 3adant3 x s y s z s x + s y s
17 simp3 x s y s z s z s
18 16 17 ovresd x s y s z s x + s y + s s × s z = x + s y + s z
19 15 18 eqtrd x s y s z s x + s s × s y + s s × s z = x + s y + s z
20 ovres y s z s y + s s × s z = y + s z
21 20 3adant1 x s y s z s y + s s × s z = y + s z
22 21 oveq2d x s y s z s x + s s × s y + s s × s z = x + s s × s y + s z
23 simp1 x s y s z s x s
24 zaddscl y s z s y + s z s
25 24 3adant1 x s y s z s y + s z s
26 23 25 ovresd x s y s z s x + s s × s y + s z = x + s y + s z
27 22 26 eqtrd x s y s z s x + s s × s y + s s × s z = x + s y + s z
28 13 19 27 3eqtr4d x s y s z s x + s s × s y + s s × s z = x + s s × s y + s s × s z
29 0zs 0 s s
30 ovres 0 s s x s 0 s + s s × s x = 0 s + s x
31 29 30 mpan x s 0 s + s s × s x = 0 s + s x
32 addslid x No 0 s + s x = x
33 9 32 syl x s 0 s + s x = x
34 31 33 eqtrd x s 0 s + s s × s x = x
35 znegscl x s + s x s
36 id x s x s
37 35 36 ovresd x s + s x + s s × s x = + s x + s x
38 35 znod x s + s x No
39 38 9 addscomd x s + s x + s x = x + s + s x
40 9 negsidd x s x + s + s x = 0 s
41 37 39 40 3eqtrd x s + s x + s s × s x = 0 s
42 1 2 8 28 29 34 35 41 isgrpi K Grp
43 ovres x s y s x s s × s y = x s y
44 simpl x s y s x s
45 simpr x s y s y s
46 44 45 zmulscld x s y s x s y s
47 43 46 eqeltrd x s y s x s s × s y s
48 mulsass x No y No z No x s y s z = x s y s z
49 9 10 11 48 syl3an x s y s z s x s y s z = x s y s z
50 43 3adant3 x s y s z s x s s × s y = x s y
51 50 oveq1d x s y s z s x s s × s y s s × s z = x s y s s × s z
52 simp2 x s y s z s y s
53 23 52 zmulscld x s y s z s x s y s
54 53 17 ovresd x s y s z s x s y s s × s z = x s y s z
55 51 54 eqtrd x s y s z s x s s × s y s s × s z = x s y s z
56 ovres y s z s y s s × s z = y s z
57 56 3adant1 x s y s z s y s s × s z = y s z
58 57 oveq2d x s y s z s x s s × s y s s × s z = x s s × s y s z
59 52 17 zmulscld x s y s z s y s z s
60 23 59 ovresd x s y s z s x s s × s y s z = x s y s z
61 58 60 eqtrd x s y s z s x s s × s y s s × s z = x s y s z
62 49 55 61 3eqtr4d x s y s z s x s s × s y s s × s z = x s s × s y s s × s z
63 62 3expa x s y s z s x s s × s y s s × s z = x s s × s y s s × s z
64 63 ralrimiva x s y s z s x s s × s y s s × s z = x s s × s y s s × s z
65 47 64 jca x s y s x s s × s y s z s x s s × s y s s × s z = x s s × s y s s × s z
66 65 rgen2 x s y s x s s × s y s z s x s s × s y s s × s z = x s s × s y s s × s z
67 1zs 1 s s
68 ovres 1 s s x s 1 s s s × s x = 1 s s x
69 67 68 mpan x s 1 s s s × s x = 1 s s x
70 9 mulslidd x s 1 s s x = x
71 69 70 eqtrd x s 1 s s s × s x = x
72 ovres x s 1 s s x s s × s 1 s = x s 1 s
73 67 72 mpan2 x s x s s × s 1 s = x s 1 s
74 9 mulsridd x s x s 1 s = x
75 73 74 eqtrd x s x s s × s 1 s = x
76 71 75 jca x s 1 s s s × s x = x x s s × s 1 s = x
77 76 rgen x s 1 s s s × s x = x x s s × s 1 s = x
78 oveq1 y = 1 s y s s × s x = 1 s s s × s x
79 78 eqeq1d y = 1 s y s s × s x = x 1 s s s × s x = x
80 79 ovanraleqv y = 1 s x s y s s × s x = x x s s × s y = x x s 1 s s s × s x = x x s s × s 1 s = x
81 80 rspcev 1 s s x s 1 s s s × s x = x x s s × s 1 s = x y s x s y s s × s x = x x s s × s y = x
82 67 77 81 mp2an y s x s y s s × s x = x x s s × s y = x
83 eqid mulGrp K = mulGrp K
84 83 1 mgpbas s = Base mulGrp K
85 83 3 mgpplusg s s × s = + mulGrp K
86 84 85 ismnd mulGrp K Mnd x s y s x s s × s y s z s x s s × s y s s × s z = x s s × s y s s × s z y s x s y s s × s x = x x s s × s y = x
87 66 82 86 mpbir2an mulGrp K Mnd
88 addsdi x No y No z No x s y + s z = x s y + s x s z
89 9 10 11 88 syl3an x s y s z s x s y + s z = x s y + s x s z
90 21 oveq2d x s y s z s x s s × s y + s s × s z = x s s × s y + s z
91 23 25 ovresd x s y s z s x s s × s y + s z = x s y + s z
92 90 91 eqtrd x s y s z s x s s × s y + s s × s z = x s y + s z
93 ovres x s z s x s s × s z = x s z
94 93 3adant2 x s y s z s x s s × s z = x s z
95 50 94 oveq12d x s y s z s x s s × s y + s s × s x s s × s z = x s y + s s × s x s z
96 23 17 zmulscld x s y s z s x s z s
97 53 96 ovresd x s y s z s x s y + s s × s x s z = x s y + s x s z
98 95 97 eqtrd x s y s z s x s s × s y + s s × s x s s × s z = x s y + s x s z
99 89 92 98 3eqtr4d x s y s z s x s s × s y + s s × s z = x s s × s y + s s × s x s s × s z
100 23 znod x s y s z s x No
101 52 znod x s y s z s y No
102 17 znod x s y s z s z No
103 100 101 102 addsdird x s y s z s x + s y s z = x s z + s y s z
104 14 oveq1d x s y s z s x + s s × s y s s × s z = x + s y s s × s z
105 16 17 ovresd x s y s z s x + s y s s × s z = x + s y s z
106 104 105 eqtrd x s y s z s x + s s × s y s s × s z = x + s y s z
107 94 57 oveq12d x s y s z s x s s × s z + s s × s y s s × s z = x s z + s s × s y s z
108 96 59 ovresd x s y s z s x s z + s s × s y s z = x s z + s y s z
109 107 108 eqtrd x s y s z s x s s × s z + s s × s y s s × s z = x s z + s y s z
110 103 106 109 3eqtr4d x s y s z s x + s s × s y s s × s z = x s s × s z + s s × s y s s × s z
111 99 110 jca x s y s z s x s s × s y + s s × s z = x s s × s y + s s × s x s s × s z x + s s × s y s s × s z = x s s × s z + s s × s y s s × s z
112 111 rgen3 x s y s z s x s s × s y + s s × s z = x s s × s y + s s × s x s s × s z x + s s × s y s s × s z = x s s × s z + s s × s y s s × s z
113 1 83 2 3 isring K Ring K Grp mulGrp K Mnd x s y s z s x s s × s y + s s × s z = x s s × s y + s s × s x s s × s z x + s s × s y s s × s z = x s s × s z + s s × s y s s × s z
114 42 87 112 113 mpbir3an K Ring
115 28 3expa x s y s z s x + s s × s y + s s × s z = x + s s × s y + s s × s z
116 115 ralrimiva x s y s z s x + s s × s y + s s × s z = x + s s × s y + s s × s z
117 8 116 jca x s y s x + s s × s y s z s x + s s × s y + s s × s z = x + s s × s y + s s × s z
118 117 rgen2 x s y s x + s s × s y s z s x + s s × s y + s s × s z = x + s s × s y + s s × s z
119 ovres x s 0 s s x + s s × s 0 s = x + s 0 s
120 29 119 mpan2 x s x + s s × s 0 s = x + s 0 s
121 9 addsridd x s x + s 0 s = x
122 120 121 eqtrd x s x + s s × s 0 s = x
123 34 122 jca x s 0 s + s s × s x = x x + s s × s 0 s = x
124 123 rgen x s 0 s + s s × s x = x x + s s × s 0 s = x
125 oveq1 y = 0 s y + s s × s x = 0 s + s s × s x
126 125 eqeq1d y = 0 s y + s s × s x = x 0 s + s s × s x = x
127 126 ovanraleqv y = 0 s x s y + s s × s x = x x + s s × s y = x x s 0 s + s s × s x = x x + s s × s 0 s = x
128 127 rspcev 0 s s x s 0 s + s s × s x = x x + s s × s 0 s = x y s x s y + s s × s x = x x + s s × s y = x
129 29 124 128 mp2an y s x s y + s s × s x = x x + s s × s y = x
130 1 2 ismnd K Mnd x s y s x + s s × s y s z s x + s s × s y + s s × s z = x + s s × s y + s s × s z y s x s y + s s × s x = x x + s s × s y = x
131 118 129 130 mpbir2an K Mnd
132 42 elexi K V
133 slerflex x No x s x
134 9 133 syl x s x s x
135 brxp x s × s x x s x s
136 135 biimpri x s x s x s × s x
137 136 anidms x s x s × s x
138 brin x s s × s x x s x x s × s x
139 134 137 138 sylanbrc x s x s s × s x
140 139 3ad2ant1 x s y s z s x s s × s x
141 brin x s s × s y x s y x s × s y
142 brxp x s × s y x s y s
143 142 biimpri x s y s x s × s y
144 143 3adant3 x s y s z s x s × s y
145 144 biantrud x s y s z s x s y x s y x s × s y
146 141 145 bitr4id x s y s z s x s s × s y x s y
147 brin y s s × s x y s x y s × s x
148 brxp y s × s x y s x s
149 148 biimpri y s x s y s × s x
150 149 ancoms x s y s y s × s x
151 150 biantrud x s y s y s x y s x y s × s x
152 147 151 bitr4id x s y s y s s × s x y s x
153 152 3adant3 x s y s z s y s s × s x y s x
154 146 153 anbi12d x s y s z s x s s × s y y s s × s x x s y y s x
155 sletri3 x No y No x = y x s y y s x
156 9 10 155 syl2an x s y s x = y x s y y s x
157 156 3adant3 x s y s z s x = y x s y y s x
158 157 biimprd x s y s z s x s y y s x x = y
159 154 158 sylbid x s y s z s x s s × s y y s s × s x x = y
160 sletr x No y No z No x s y y s z x s z
161 9 10 11 160 syl3an x s y s z s x s y y s z x s z
162 143 biantrud x s y s x s y x s y x s × s y
163 141 162 bitr4id x s y s x s s × s y x s y
164 163 3adant3 x s y s z s x s s × s y x s y
165 brin y s s × s z y s z y s × s z
166 brxp y s × s z y s z s
167 166 biimpri y s z s y s × s z
168 167 3adant1 x s y s z s y s × s z
169 168 biantrud x s y s z s y s z y s z y s × s z
170 165 169 bitr4id x s y s z s y s s × s z y s z
171 164 170 anbi12d x s y s z s x s s × s y y s s × s z x s y y s z
172 brin x s s × s z x s z x s × s z
173 brxp x s × s z x s z s
174 173 biimpri x s z s x s × s z
175 174 3adant2 x s y s z s x s × s z
176 175 biantrud x s y s z s x s z x s z x s × s z
177 172 176 bitr4id x s y s z s x s s × s z x s z
178 161 171 177 3imtr4d x s y s z s x s s × s y y s s × s z x s s × s z
179 140 159 178 3jca x s y s z s x s s × s x x s s × s y y s s × s x x = y x s s × s y y s s × s z x s s × s z
180 179 rgen3 x s y s z s x s s × s x x s s × s y y s s × s x x = y x s s × s y y s s × s z x s s × s z
181 1 4 ispos K Poset K V x s y s z s x s s × s x x s s × s y y s s × s x x = y x s s × s y y s s × s z x s s × s z
182 132 180 181 mpbir2an K Poset
183 sletric x No y No x s y y s x
184 9 10 183 syl2an x s y s x s y y s x
185 163 152 orbi12d x s y s x s s × s y y s s × s x x s y y s x
186 184 185 mpbird x s y s x s s × s y y s s × s x
187 186 rgen2 x s y s x s s × s y y s s × s x
188 1 4 istos K Toset K Poset x s y s x s s × s y y s s × s x
189 182 187 188 mpbir2an K Toset
190 sleadd1 x No y No z No x s y x + s z s y + s z
191 9 10 11 190 syl3an x s y s z s x s y x + s z s y + s z
192 191 biimpd x s y s z s x s y x + s z s y + s z
193 23 17 ovresd x s y s z s x + s s × s z = x + s z
194 52 17 ovresd x s y s z s y + s s × s z = y + s z
195 193 194 breq12d x s y s z s x + s s × s z s s × s y + s s × s z x + s z s s × s y + s z
196 brin x + s z s s × s y + s z x + s z s y + s z x + s z s × s y + s z
197 zaddscl x s z s x + s z s
198 197 3adant2 x s y s z s x + s z s
199 brxp x + s z s × s y + s z x + s z s y + s z s
200 198 25 199 sylanbrc x s y s z s x + s z s × s y + s z
201 200 biantrud x s y s z s x + s z s y + s z x + s z s y + s z x + s z s × s y + s z
202 196 201 bitr4id x s y s z s x + s z s s × s y + s z x + s z s y + s z
203 195 202 bitrd x s y s z s x + s s × s z s s × s y + s s × s z x + s z s y + s z
204 192 146 203 3imtr4d x s y s z s x s s × s y x + s s × s z s s × s y + s s × s z
205 204 rgen3 x s y s z s x s s × s y x + s s × s z s s × s y + s s × s z
206 1 2 4 isomnd K oMnd K Mnd K Toset x s y s z s x s s × s y x + s s × s z s s × s y + s s × s z
207 131 189 205 206 mpbir3an K oMnd
208 isogrp K oGrp K Grp K oMnd
209 42 207 208 mpbir2an K oGrp
210 simplr 0 s s x x s 0 s s y y s x s
211 210 znod 0 s s x x s 0 s s y y s x No
212 simprr 0 s s x x s 0 s s y y s y s
213 212 znod 0 s s x x s 0 s s y y s y No
214 simpll 0 s s x x s 0 s s y y s 0 s s x
215 simprl 0 s s x x s 0 s s y y s 0 s s y
216 211 213 214 215 mulsge0d 0 s s x x s 0 s s y y s 0 s s x s y
217 210 212 ovresd 0 s s x x s 0 s s y y s x s s × s y = x s y
218 216 217 breqtrrd 0 s s x x s 0 s s y y s 0 s s x s s × s y
219 210 212 zmulscld 0 s s x x s 0 s s y y s x s y s
220 217 219 eqeltrd 0 s s x x s 0 s s y y s x s s × s y s
221 218 220 jca 0 s s x x s 0 s s y y s 0 s s x s s × s y x s s × s y s
222 brin 0 s s s × s x 0 s s x 0 s s × s x
223 brxp 0 s s × s x 0 s s x s
224 29 223 mpbiran 0 s s × s x x s
225 224 anbi2i 0 s s x 0 s s × s x 0 s s x x s
226 222 225 bitri 0 s s s × s x 0 s s x x s
227 brin 0 s s s × s y 0 s s y 0 s s × s y
228 brxp 0 s s × s y 0 s s y s
229 29 228 mpbiran 0 s s × s y y s
230 229 anbi2i 0 s s y 0 s s × s y 0 s s y y s
231 227 230 bitri 0 s s s × s y 0 s s y y s
232 226 231 anbi12i 0 s s s × s x 0 s s s × s y 0 s s x x s 0 s s y y s
233 brin 0 s s s × s x s s × s y 0 s s x s s × s y 0 s s × s x s s × s y
234 brxp 0 s s × s x s s × s y 0 s s x s s × s y s
235 29 234 mpbiran 0 s s × s x s s × s y x s s × s y s
236 235 anbi2i 0 s s x s s × s y 0 s s × s x s s × s y 0 s s x s s × s y x s s × s y s
237 233 236 bitri 0 s s s × s x s s × s y 0 s s x s s × s y x s s × s y s
238 221 232 237 3imtr4i 0 s s s × s x 0 s s s × s y 0 s s s × s x s s × s y
239 238 rgen2w x s y s 0 s s s × s x 0 s s s × s y 0 s s s × s x s s × s y
240 1 5 3 4 isorng K oRing K Ring K oGrp x s y s 0 s s s × s x 0 s s s × s y 0 s s s × s x s s × s y
241 114 209 239 240 mpbir3an K oRing