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Theorem isringd

Description: Properties that determine a ring. (Contributed by Jeff Madsen, 19-Jun-2010) (Revised by NM, 2-Aug-2013)

Ref Expression
Hypotheses isringd.b ⊢ ( 𝜑 → 𝐵 = ( Base ‘ 𝑅 ) )
isringd.p ⊢ ( 𝜑 → + = ( +g ‘ 𝑅 ) )
isringd.t ⊢ ( 𝜑 → · = ( .r ‘ 𝑅 ) )
isringd.g ⊢ ( 𝜑 → 𝑅 ∈ Grp )
isringd.c ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ) → ( 𝑥 · 𝑦 ) ∈ 𝐵 )
isringd.a ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 · 𝑦 ) · 𝑧 ) = ( 𝑥 · ( 𝑦 · 𝑧 ) ) )
isringd.d ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( 𝑥 · ( 𝑦 + 𝑧 ) ) = ( ( 𝑥 · 𝑦 ) + ( 𝑥 · 𝑧 ) ) )
isringd.e ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 + 𝑦 ) · 𝑧 ) = ( ( 𝑥 · 𝑧 ) + ( 𝑦 · 𝑧 ) ) )
isringd.u ⊢ ( 𝜑 → 1 ∈ 𝐵 )
isringd.i ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ) → ( 1 · 𝑥 ) = 𝑥 )
isringd.h ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ) → ( 𝑥 · 1 ) = 𝑥 )
Assertion isringd ( 𝜑 → 𝑅 ∈ Ring )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isringd.b ⊢ ( 𝜑 → 𝐵 = ( Base ‘ 𝑅 ) )
2 isringd.p ⊢ ( 𝜑 → + = ( +g ‘ 𝑅 ) )
3 isringd.t ⊢ ( 𝜑 → · = ( .r ‘ 𝑅 ) )
4 isringd.g ⊢ ( 𝜑 → 𝑅 ∈ Grp )
5 isringd.c ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ) → ( 𝑥 · 𝑦 ) ∈ 𝐵 )
6 isringd.a ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 · 𝑦 ) · 𝑧 ) = ( 𝑥 · ( 𝑦 · 𝑧 ) ) )
7 isringd.d ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( 𝑥 · ( 𝑦 + 𝑧 ) ) = ( ( 𝑥 · 𝑦 ) + ( 𝑥 · 𝑧 ) ) )
8 isringd.e ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 + 𝑦 ) · 𝑧 ) = ( ( 𝑥 · 𝑧 ) + ( 𝑦 · 𝑧 ) ) )
9 isringd.u ⊢ ( 𝜑 → 1 ∈ 𝐵 )
10 isringd.i ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ) → ( 1 · 𝑥 ) = 𝑥 )
11 isringd.h ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ) → ( 𝑥 · 1 ) = 𝑥 )
12 eqid ⊢ ( mulGrp ‘ 𝑅 ) = ( mulGrp ‘ 𝑅 )
13 eqid ⊢ ( Base ‘ 𝑅 ) = ( Base ‘ 𝑅 )
14 12 13 mgpbas ⊢ ( Base ‘ 𝑅 ) = ( Base ‘ ( mulGrp ‘ 𝑅 ) )
15 1 14 eqtrdi ⊢ ( 𝜑 → 𝐵 = ( Base ‘ ( mulGrp ‘ 𝑅 ) ) )
16 eqid ⊢ ( .r ‘ 𝑅 ) = ( .r ‘ 𝑅 )
17 12 16 mgpplusg ⊢ ( .r ‘ 𝑅 ) = ( +g ‘ ( mulGrp ‘ 𝑅 ) )
18 3 17 eqtrdi ⊢ ( 𝜑 → · = ( +g ‘ ( mulGrp ‘ 𝑅 ) ) )
19 15 18 5 6 9 10 11 ismndd ⊢ ( 𝜑 → ( mulGrp ‘ 𝑅 ) ∈ Mnd )
20 1 eleq2d ⊢ ( 𝜑 → ( 𝑥 ∈ 𝐵 ↔ 𝑥 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) )
21 1 eleq2d ⊢ ( 𝜑 → ( 𝑦 ∈ 𝐵 ↔ 𝑦 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) )
22 1 eleq2d ⊢ ( 𝜑 → ( 𝑧 ∈ 𝐵 ↔ 𝑧 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) )
23 20 21 22 3anbi123d ⊢ ( 𝜑 → ( ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ↔ ( 𝑥 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∧ 𝑦 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∧ 𝑧 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) ) )
24 23 biimpar ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∧ 𝑦 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∧ 𝑧 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) ) → ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) )
25 3 adantr ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → · = ( .r ‘ 𝑅 ) )
26 eqidd ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → 𝑥 = 𝑥 )
27 2 oveqdr ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( 𝑦 + 𝑧 ) = ( 𝑦 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) )
28 25 26 27 oveq123d ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( 𝑥 · ( 𝑦 + 𝑧 ) ) = ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑦 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) )
29 2 adantr ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → + = ( +g ‘ 𝑅 ) )
30 3 oveqdr ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( 𝑥 · 𝑦 ) = ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) )
31 3 oveqdr ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( 𝑥 · 𝑧 ) = ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) )
32 29 30 31 oveq123d ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 · 𝑦 ) + ( 𝑥 · 𝑧 ) ) = ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) ( +g ‘ 𝑅 ) ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) )
33 7 28 32 3eqtr3d ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑦 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) = ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) ( +g ‘ 𝑅 ) ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) )
34 2 oveqdr ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( 𝑥 + 𝑦 ) = ( 𝑥 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) )
35 eqidd ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → 𝑧 = 𝑧 )
36 25 34 35 oveq123d ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 + 𝑦 ) · 𝑧 ) = ( ( 𝑥 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) )
37 3 oveqdr ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( 𝑦 · 𝑧 ) = ( 𝑦 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) )
38 29 31 37 oveq123d ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 · 𝑧 ) + ( 𝑦 · 𝑧 ) ) = ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ( +g ‘ 𝑅 ) ( 𝑦 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) )
39 8 36 38 3eqtr3d ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) = ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ( +g ‘ 𝑅 ) ( 𝑦 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) )
40 33 39 jca ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑦 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) = ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) ( +g ‘ 𝑅 ) ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) ∧ ( ( 𝑥 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) = ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ( +g ‘ 𝑅 ) ( 𝑦 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) ) )
41 24 40 syldan ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∧ 𝑦 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∧ 𝑧 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) ) → ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑦 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) = ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) ( +g ‘ 𝑅 ) ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) ∧ ( ( 𝑥 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) = ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ( +g ‘ 𝑅 ) ( 𝑦 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) ) )
42 41 ralrimivvva ⊢ ( 𝜑 → ∀ 𝑥 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∀ 𝑦 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∀ 𝑧 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑦 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) = ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) ( +g ‘ 𝑅 ) ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) ∧ ( ( 𝑥 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) = ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ( +g ‘ 𝑅 ) ( 𝑦 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) ) )
43 eqid ⊢ ( +g ‘ 𝑅 ) = ( +g ‘ 𝑅 )
44 13 12 43 16 isring ⊢ ( 𝑅 ∈ Ring ↔ ( 𝑅 ∈ Grp ∧ ( mulGrp ‘ 𝑅 ) ∈ Mnd ∧ ∀ 𝑥 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∀ 𝑦 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∀ 𝑧 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑦 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) = ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) ( +g ‘ 𝑅 ) ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) ∧ ( ( 𝑥 ( +g ‘ 𝑅 ) 𝑦 ) ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) = ( ( 𝑥 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ( +g ‘ 𝑅 ) ( 𝑦 ( .r ‘ 𝑅 ) 𝑧 ) ) ) ) )
45 4 19 42 44 syl3anbrc ⊢ ( 𝜑 → 𝑅 ∈ Ring )