Metamath Proof Explorer


Theorem zringunit

Description: The units of ZZ are the integers with norm 1 , i.e. 1 and -u 1 . (Contributed by Mario Carneiro, 5-Dec-2014) (Revised by AV, 10-Jun-2019)

Ref Expression
Assertion zringunit ( ๐ด โˆˆ ( Unit โ€˜ โ„คring ) โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 zringbas โŠข โ„ค = ( Base โ€˜ โ„คring )
2 eqid โŠข ( Unit โ€˜ โ„คring ) = ( Unit โ€˜ โ„คring )
3 1 2 unitcl โŠข ( ๐ด โˆˆ ( Unit โ€˜ โ„คring ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
4 zsubrg โŠข โ„ค โˆˆ ( SubRing โ€˜ โ„‚fld )
5 zgz โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค[i] )
6 5 ssriv โŠข โ„ค โŠ† โ„ค[i]
7 gzsubrg โŠข โ„ค[i] โˆˆ ( SubRing โ€˜ โ„‚fld )
8 eqid โŠข ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) = ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] )
9 8 subsubrg โŠข ( โ„ค[i] โˆˆ ( SubRing โ€˜ โ„‚fld ) โ†’ ( โ„ค โˆˆ ( SubRing โ€˜ ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) ) โ†” ( โ„ค โˆˆ ( SubRing โ€˜ โ„‚fld ) โˆง โ„ค โŠ† โ„ค[i] ) ) )
10 7 9 ax-mp โŠข ( โ„ค โˆˆ ( SubRing โ€˜ ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) ) โ†” ( โ„ค โˆˆ ( SubRing โ€˜ โ„‚fld ) โˆง โ„ค โŠ† โ„ค[i] ) )
11 4 6 10 mpbir2an โŠข โ„ค โˆˆ ( SubRing โ€˜ ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) )
12 df-zring โŠข โ„คring = ( โ„‚fld โ†พs โ„ค )
13 ressabs โŠข ( ( โ„ค[i] โˆˆ ( SubRing โ€˜ โ„‚fld ) โˆง โ„ค โŠ† โ„ค[i] ) โ†’ ( ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) โ†พs โ„ค ) = ( โ„‚fld โ†พs โ„ค ) )
14 7 6 13 mp2an โŠข ( ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) โ†พs โ„ค ) = ( โ„‚fld โ†พs โ„ค )
15 12 14 eqtr4i โŠข โ„คring = ( ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) โ†พs โ„ค )
16 eqid โŠข ( Unit โ€˜ ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) ) = ( Unit โ€˜ ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) )
17 15 16 2 subrguss โŠข ( โ„ค โˆˆ ( SubRing โ€˜ ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) ) โ†’ ( Unit โ€˜ โ„คring ) โŠ† ( Unit โ€˜ ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) ) )
18 11 17 ax-mp โŠข ( Unit โ€˜ โ„คring ) โŠ† ( Unit โ€˜ ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) )
19 18 sseli โŠข ( ๐ด โˆˆ ( Unit โ€˜ โ„คring ) โ†’ ๐ด โˆˆ ( Unit โ€˜ ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) ) )
20 8 gzrngunit โŠข ( ๐ด โˆˆ ( Unit โ€˜ ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) ) โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„ค[i] โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) )
21 20 simprbi โŠข ( ๐ด โˆˆ ( Unit โ€˜ ( โ„‚fld โ†พs โ„ค[i] ) ) โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 )
22 19 21 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ ( Unit โ€˜ โ„คring ) โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 )
23 3 22 jca โŠข ( ๐ด โˆˆ ( Unit โ€˜ โ„คring ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) )
24 zcn โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ค โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
25 24 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
26 simpr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 )
27 ax-1ne0 โŠข 1 โ‰  0
28 27 a1i โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ 1 โ‰  0 )
29 26 28 eqnetrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) โ‰  0 )
30 fveq2 โŠข ( ๐ด = 0 โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) = ( abs โ€˜ 0 ) )
31 abs0 โŠข ( abs โ€˜ 0 ) = 0
32 30 31 eqtrdi โŠข ( ๐ด = 0 โ†’ ( abs โ€˜ ๐ด ) = 0 )
33 32 necon3i โŠข ( ( abs โ€˜ ๐ด ) โ‰  0 โ†’ ๐ด โ‰  0 )
34 29 33 syl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ๐ด โ‰  0 )
35 eldifsn โŠข ( ๐ด โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) )
36 25 34 35 sylanbrc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ๐ด โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
37 simpl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ค )
38 cnfldinv โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( invr โ€˜ โ„‚fld ) โ€˜ ๐ด ) = ( 1 / ๐ด ) )
39 25 34 38 syl2anc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( ( invr โ€˜ โ„‚fld ) โ€˜ ๐ด ) = ( 1 / ๐ด ) )
40 zre โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ค โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
41 40 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
42 absresq โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐ด ) โ†‘ 2 ) = ( ๐ด โ†‘ 2 ) )
43 41 42 syl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐ด ) โ†‘ 2 ) = ( ๐ด โ†‘ 2 ) )
44 26 oveq1d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐ด ) โ†‘ 2 ) = ( 1 โ†‘ 2 ) )
45 sq1 โŠข ( 1 โ†‘ 2 ) = 1
46 44 45 eqtrdi โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐ด ) โ†‘ 2 ) = 1 )
47 25 sqvald โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ 2 ) = ( ๐ด ยท ๐ด ) )
48 43 46 47 3eqtr3rd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( ๐ด ยท ๐ด ) = 1 )
49 1cnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ 1 โˆˆ โ„‚ )
50 49 25 25 34 divmuld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( ( 1 / ๐ด ) = ๐ด โ†” ( ๐ด ยท ๐ด ) = 1 ) )
51 48 50 mpbird โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( 1 / ๐ด ) = ๐ด )
52 39 51 eqtrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( ( invr โ€˜ โ„‚fld ) โ€˜ ๐ด ) = ๐ด )
53 52 37 eqeltrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ( ( invr โ€˜ โ„‚fld ) โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ค )
54 cnfldbas โŠข โ„‚ = ( Base โ€˜ โ„‚fld )
55 cnfld0 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ โ„‚fld )
56 cndrng โŠข โ„‚fld โˆˆ DivRing
57 54 55 56 drngui โŠข ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) = ( Unit โ€˜ โ„‚fld )
58 eqid โŠข ( invr โ€˜ โ„‚fld ) = ( invr โ€˜ โ„‚fld )
59 12 57 2 58 subrgunit โŠข ( โ„ค โˆˆ ( SubRing โ€˜ โ„‚fld ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ ( Unit โ€˜ โ„คring ) โ†” ( ๐ด โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( ( invr โ€˜ โ„‚fld ) โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ค ) ) )
60 4 59 ax-mp โŠข ( ๐ด โˆˆ ( Unit โ€˜ โ„คring ) โ†” ( ๐ด โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( ( invr โ€˜ โ„‚fld ) โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ค ) )
61 36 37 53 60 syl3anbrc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) โ†’ ๐ด โˆˆ ( Unit โ€˜ โ„คring ) )
62 23 61 impbii โŠข ( ๐ด โˆˆ ( Unit โ€˜ โ„คring ) โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„ค โˆง ( abs โ€˜ ๐ด ) = 1 ) )