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Theorem drngidl

Description: A nonzero ring is a division ring if and only if its only left ideals are the zero ideal and the unit ideal. (Proposed by Gerard Lang, 13-Mar-2025.) (Contributed by Thierry Arnoux, 13-Mar-2025)

Ref Expression
Hypotheses drngidl.b B = Base R
drngidl.z 0 ˙ = 0 R
drngidl.u U = LIdeal R
Assertion drngidl R NzRing R DivRing U = 0 ˙ B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 drngidl.b B = Base R
2 drngidl.z 0 ˙ = 0 R
3 drngidl.u U = LIdeal R
4 1 2 3 drngnidl R DivRing U = 0 ˙ B
5 4 adantl R NzRing R DivRing U = 0 ˙ B
6 eqid 1 R = 1 R
7 6 2 nzrnz R NzRing 1 R 0 ˙
8 7 adantr R NzRing U = 0 ˙ B 1 R 0 ˙
9 eqid R = R
10 eqid Unit R = Unit R
11 nzrring R NzRing R Ring
12 11 adantr R NzRing U = 0 ˙ B R Ring
13 12 adantr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ R Ring
14 13 ad4antr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x z B 1 R = z R y R Ring
15 simp-4r R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x z B 1 R = z R y y B
16 simplr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x z B 1 R = z R y z B
17 simpr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ x B 0 ˙
18 17 eldifad R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ x B
19 18 ad2antrr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x x B
20 19 ad2antrr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x z B 1 R = z R y x B
21 simpr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x z B 1 R = z R y 1 R = z R y
22 21 eqcomd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x z B 1 R = z R y z R y = 1 R
23 simpr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x 1 R = y R x
24 23 eqcomd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x y R x = 1 R
25 24 ad2antrr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x z B 1 R = z R y y R x = 1 R
26 1 2 6 9 10 14 15 16 20 22 25 ringinveu R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x z B 1 R = z R y x = z
27 26 oveq1d R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x z B 1 R = z R y x R y = z R y
28 27 22 eqtrd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x z B 1 R = z R y x R y = 1 R
29 13 ad2antrr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x R Ring
30 simplr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x y B
31 1 6 ringidcl R Ring 1 R B
32 13 31 syl R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ 1 R B
33 32 ad2antrr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x 1 R B
34 30 snssd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x y B
35 eqid RSpan R = RSpan R
36 35 1 3 rspcl R Ring y B RSpan R y U
37 29 34 36 syl2anc R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x RSpan R y U
38 simp-4r R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x U = 0 ˙ B
39 37 38 eleqtrd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x RSpan R y 0 ˙ B
40 elpri RSpan R y 0 ˙ B RSpan R y = 0 ˙ RSpan R y = B
41 39 40 syl R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x RSpan R y = 0 ˙ RSpan R y = B
42 simplr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x y = 0 ˙ 1 R = y R x
43 simpr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x y = 0 ˙ y = 0 ˙
44 43 oveq1d R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x y = 0 ˙ y R x = 0 ˙ R x
45 1 9 2 ringlz R Ring x B 0 ˙ R x = 0 ˙
46 13 18 45 syl2anc R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ 0 ˙ R x = 0 ˙
47 46 ad3antrrr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x y = 0 ˙ 0 ˙ R x = 0 ˙
48 42 44 47 3eqtrd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x y = 0 ˙ 1 R = 0 ˙
49 8 ad4antr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x y = 0 ˙ 1 R 0 ˙
50 49 neneqd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x y = 0 ˙ ¬ 1 R = 0 ˙
51 48 50 pm2.65da R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x ¬ y = 0 ˙
52 51 neqned R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x y 0 ˙
53 1 2 35 pidlnz R Ring y B y 0 ˙ RSpan R y 0 ˙
54 29 30 52 53 syl3anc R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x RSpan R y 0 ˙
55 54 neneqd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x ¬ RSpan R y = 0 ˙
56 41 55 orcnd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x RSpan R y = B
57 33 56 eleqtrrd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x 1 R RSpan R y
58 1 9 35 rspsnel R Ring y B 1 R RSpan R y z B 1 R = z R y
59 58 biimpa R Ring y B 1 R RSpan R y z B 1 R = z R y
60 29 30 57 59 syl21anc R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x z B 1 R = z R y
61 28 60 r19.29a R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x x R y = 1 R
62 61 24 jca R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x x R y = 1 R y R x = 1 R
63 62 anasss R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x x R y = 1 R y R x = 1 R
64 18 snssd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ x B
65 35 1 3 rspcl R Ring x B RSpan R x U
66 13 64 65 syl2anc R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ RSpan R x U
67 simplr R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ U = 0 ˙ B
68 66 67 eleqtrd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ RSpan R x 0 ˙ B
69 elpri RSpan R x 0 ˙ B RSpan R x = 0 ˙ RSpan R x = B
70 68 69 syl R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ RSpan R x = 0 ˙ RSpan R x = B
71 eldifsni x B 0 ˙ x 0 ˙
72 71 adantl R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ x 0 ˙
73 1 2 35 pidlnz R Ring x B x 0 ˙ RSpan R x 0 ˙
74 13 18 72 73 syl3anc R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ RSpan R x 0 ˙
75 74 neneqd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ ¬ RSpan R x = 0 ˙
76 70 75 orcnd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ RSpan R x = B
77 32 76 eleqtrrd R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ 1 R RSpan R x
78 1 9 35 rspsnel R Ring x B 1 R RSpan R x y B 1 R = y R x
79 78 biimpa R Ring x B 1 R RSpan R x y B 1 R = y R x
80 13 18 77 79 syl21anc R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B 1 R = y R x
81 63 80 reximddv R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B x R y = 1 R y R x = 1 R
82 81 ralrimiva R NzRing U = 0 ˙ B x B 0 ˙ y B x R y = 1 R y R x = 1 R
83 1 2 6 9 10 12 isdrng4 R NzRing U = 0 ˙ B R DivRing 1 R 0 ˙ x B 0 ˙ y B x R y = 1 R y R x = 1 R
84 8 82 83 mpbir2and R NzRing U = 0 ˙ B R DivRing
85 5 84 impbida R NzRing R DivRing U = 0 ˙ B