Metamath Proof Explorer


Theorem isdrngrd

Description: Properties that characterize a division ring among rings: it should be nonzero, have no nonzero zero-divisors, and every nonzero element x should have a right-inverse I ( x ) . See isdrngd for the characterization using left-inverses. (Contributed by NM, 10-Aug-2013) Remove hypothesis. (Revised by SN, 19-Feb-2025)

Ref Expression
Hypotheses isdrngd.b โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
isdrngd.t โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยท = ( .r โ€˜ ๐‘… ) )
isdrngd.z โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘… ) )
isdrngd.u โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 = ( 1r โ€˜ ๐‘… ) )
isdrngd.r โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
isdrngd.n โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) โ‰  0 )
isdrngd.o โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 โ‰  0 )
isdrngd.i โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ๐ผ โˆˆ ๐ต )
isdrngrd.k โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ยท ๐ผ ) = 1 )
Assertion isdrngrd ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ DivRing )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isdrngd.b โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
2 isdrngd.t โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยท = ( .r โ€˜ ๐‘… ) )
3 isdrngd.z โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘… ) )
4 isdrngd.u โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 = ( 1r โ€˜ ๐‘… ) )
5 isdrngd.r โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
6 isdrngd.n โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) โ‰  0 )
7 isdrngd.o โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 โ‰  0 )
8 isdrngd.i โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ๐ผ โˆˆ ๐ต )
9 isdrngrd.k โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ยท ๐ผ ) = 1 )
10 eqid โŠข ( oppr โ€˜ ๐‘… ) = ( oppr โ€˜ ๐‘… )
11 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘… ) = ( Base โ€˜ ๐‘… )
12 10 11 opprbas โŠข ( Base โ€˜ ๐‘… ) = ( Base โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) )
13 1 12 eqtrdi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต = ( Base โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) )
14 eqidd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) = ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) )
15 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘… ) = ( 0g โ€˜ ๐‘… )
16 10 15 oppr0 โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘… ) = ( 0g โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) )
17 3 16 eqtrdi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 = ( 0g โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) )
18 eqid โŠข ( 1r โ€˜ ๐‘… ) = ( 1r โ€˜ ๐‘… )
19 10 18 oppr1 โŠข ( 1r โ€˜ ๐‘… ) = ( 1r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) )
20 4 19 eqtrdi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 = ( 1r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) )
21 10 opprring โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) โˆˆ Ring )
22 5 21 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) โˆˆ Ring )
23 eleq1w โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฅ โ†’ ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†” ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต ) )
24 neeq1 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฅ โ†’ ( ๐‘ฆ โ‰  0 โ†” ๐‘ฅ โ‰  0 ) )
25 23 24 anbi12d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฅ โ†’ ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) โ†” ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) )
26 25 3anbi2d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฅ โ†’ ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ง โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ง โ‰  0 ) ) โ†” ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ง โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ง โ‰  0 ) ) ) )
27 oveq1 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฅ โ†’ ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ง ) = ( ๐‘ฅ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ง ) )
28 27 neeq1d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฅ โ†’ ( ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ง ) โ‰  0 โ†” ( ๐‘ฅ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ง ) โ‰  0 ) )
29 26 28 imbi12d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐‘ฅ โ†’ ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ง โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ง โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ง ) โ‰  0 ) โ†” ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ง โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ง โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ง ) โ‰  0 ) ) )
30 eleq1w โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โ†” ๐‘ง โˆˆ ๐ต ) )
31 neeq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ๐‘ฅ โ‰  0 โ†” ๐‘ง โ‰  0 ) )
32 30 31 anbi12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) โ†” ( ๐‘ง โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ง โ‰  0 ) ) )
33 32 3anbi3d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†” ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ง โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ง โ‰  0 ) ) ) )
34 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ง ) )
35 34 neeq1d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ฅ ) โ‰  0 โ†” ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ง ) โ‰  0 ) )
36 33 35 imbi12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ฅ ) โ‰  0 ) โ†” ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ง โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ง โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ง ) โ‰  0 ) ) )
37 2 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) ) โ†’ ยท = ( .r โ€˜ ๐‘… ) )
38 37 oveqd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ( .r โ€˜ ๐‘… ) ๐‘ฆ ) )
39 eqid โŠข ( .r โ€˜ ๐‘… ) = ( .r โ€˜ ๐‘… )
40 eqid โŠข ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) = ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) )
41 11 39 10 40 opprmul โŠข ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฅ ( .r โ€˜ ๐‘… ) ๐‘ฆ )
42 38 41 eqtr4di โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ฅ ) )
43 42 6 eqnetrrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ฅ ) โ‰  0 )
44 43 3com23 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ฅ ) โ‰  0 )
45 36 44 chvarvv โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฆ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ง โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ง โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ง ) โ‰  0 )
46 29 45 chvarvv โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ง โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ง โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ง ) โ‰  0 )
47 11 39 10 40 opprmul โŠข ( ๐ผ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฅ ( .r โ€˜ ๐‘… ) ๐ผ )
48 2 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ยท = ( .r โ€˜ ๐‘… ) )
49 48 oveqd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ยท ๐ผ ) = ( ๐‘ฅ ( .r โ€˜ ๐‘… ) ๐ผ ) )
50 49 9 eqtr3d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ( .r โ€˜ ๐‘… ) ๐ผ ) = 1 )
51 47 50 eqtrid โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐ผ ( .r โ€˜ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) ) ๐‘ฅ ) = 1 )
52 13 14 17 20 22 46 7 8 51 isdrngd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( oppr โ€˜ ๐‘… ) โˆˆ DivRing )
53 10 opprdrng โŠข ( ๐‘… โˆˆ DivRing โ†” ( oppr โ€˜ ๐‘… ) โˆˆ DivRing )
54 52 53 sylibr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ DivRing )