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Theorem dvdsruasso

Description: Two elements X and Y of a ring R are associates, i.e. each divides the other, iff they are unit multiples of each other. (Contributed by Thierry Arnoux, 22-Mar-2025)

Ref Expression
Hypotheses dvdsrspss.b ⊢ B = Base R
dvdsrspss.k ⊢ K = RSpan ⁡ R
dvdsrspss.d ⊢ ∥ ˙ = ∥ r ⁡ R
dvdsrspss.x ⊢ φ → X ∈ B
dvdsrspss.y ⊢ φ → Y ∈ B
dvdsruassoi.1 ⊢ U = Unit ⁡ R
dvdsruassoi.2 ⊢ · ˙ = ⋅ R
dvdsruasso.r ⊢ φ → R ∈ IDomn
Assertion dvdsruasso ⊢ φ → X ∥ ˙ Y ∧ Y ∥ ˙ X ↔ ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dvdsrspss.b ⊢ B = Base R
2 dvdsrspss.k ⊢ K = RSpan ⁡ R
3 dvdsrspss.d ⊢ ∥ ˙ = ∥ r ⁡ R
4 dvdsrspss.x ⊢ φ → X ∈ B
5 dvdsrspss.y ⊢ φ → Y ∈ B
6 dvdsruassoi.1 ⊢ U = Unit ⁡ R
7 dvdsruassoi.2 ⊢ · ˙ = ⋅ R
8 dvdsruasso.r ⊢ φ → R ∈ IDomn
9 1 3 7 dvdsr ⊢ X ∥ ˙ Y ↔ X ∈ B ∧ ∃ t ∈ B t · ˙ X = Y
10 4 biantrurd ⊢ φ → ∃ t ∈ B t · ˙ X = Y ↔ X ∈ B ∧ ∃ t ∈ B t · ˙ X = Y
11 9 10 bitr4id ⊢ φ → X ∥ ˙ Y ↔ ∃ t ∈ B t · ˙ X = Y
12 1 3 7 dvdsr ⊢ Y ∥ ˙ X ↔ Y ∈ B ∧ ∃ s ∈ B s · ˙ Y = X
13 5 biantrurd ⊢ φ → ∃ s ∈ B s · ˙ Y = X ↔ Y ∈ B ∧ ∃ s ∈ B s · ˙ Y = X
14 12 13 bitr4id ⊢ φ → Y ∥ ˙ X ↔ ∃ s ∈ B s · ˙ Y = X
15 11 14 anbi12d ⊢ φ → X ∥ ˙ Y ∧ Y ∥ ˙ X ↔ ∃ t ∈ B t · ˙ X = Y ∧ ∃ s ∈ B s · ˙ Y = X
16 8 idomringd ⊢ φ → R ∈ Ring
17 eqid ⊢ 1 R = 1 R
18 6 17 1unit ⊢ R ∈ Ring → 1 R ∈ U
19 16 18 syl ⊢ φ → 1 R ∈ U
20 19 ad5antr ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X = 0 R → 1 R ∈ U
21 oveq1 ⊢ u = 1 R → u · ˙ X = 1 R · ˙ X
22 21 eqeq1d ⊢ u = 1 R → u · ˙ X = Y ↔ 1 R · ˙ X = Y
23 22 adantl ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X = 0 R ∧ u = 1 R → u · ˙ X = Y ↔ 1 R · ˙ X = Y
24 16 ad5antr ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X = 0 R → R ∈ Ring
25 4 ad5antr ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X = 0 R → X ∈ B
26 1 7 17 24 25 ringlidmd ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X = 0 R → 1 R · ˙ X = X
27 simpr ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X = 0 R → X = 0 R
28 27 oveq2d ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X = 0 R → t · ˙ X = t · ˙ 0 R
29 simplr ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X = 0 R → t · ˙ X = Y
30 simpllr ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X = 0 R → t ∈ B
31 eqid ⊢ 0 R = 0 R
32 1 7 31 ringrz ⊢ R ∈ Ring ∧ t ∈ B → t · ˙ 0 R = 0 R
33 24 30 32 syl2anc ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X = 0 R → t · ˙ 0 R = 0 R
34 28 29 33 3eqtr3rd ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X = 0 R → 0 R = Y
35 26 27 34 3eqtrd ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X = 0 R → 1 R · ˙ X = Y
36 20 23 35 rspcedvd ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X = 0 R → ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y
37 isidom ⊢ R ∈ IDomn ↔ R ∈ CRing ∧ R ∈ Domn
38 8 37 sylib ⊢ φ → R ∈ CRing ∧ R ∈ Domn
39 38 simpld ⊢ φ → R ∈ CRing
40 39 ad5antr ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → R ∈ CRing
41 simp-5r ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → s ∈ B
42 simpllr ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → t ∈ B
43 16 ad5antr ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → R ∈ Ring
44 1 7 43 41 42 ringcld ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → s · ˙ t ∈ B
45 1 17 ringidcl ⊢ R ∈ Ring → 1 R ∈ B
46 43 45 syl ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → 1 R ∈ B
47 4 ad5antr ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → X ∈ B
48 simpr ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → X ≠ 0 R
49 eldifsn ⊢ X ∈ B ∖ 0 R ↔ X ∈ B ∧ X ≠ 0 R
50 47 48 49 sylanbrc ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → X ∈ B ∖ 0 R
51 8 ad5antr ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → R ∈ IDomn
52 simplr ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → t · ˙ X = Y
53 52 oveq2d ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → s · ˙ t · ˙ X = s · ˙ Y
54 simp-4r ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → s · ˙ Y = X
55 53 54 eqtrd ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → s · ˙ t · ˙ X = X
56 1 7 43 41 42 47 ringassd ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → s · ˙ t · ˙ X = s · ˙ t · ˙ X
57 1 7 17 43 47 ringlidmd ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → 1 R · ˙ X = X
58 55 56 57 3eqtr4d ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → s · ˙ t · ˙ X = 1 R · ˙ X
59 1 31 7 44 46 50 51 58 idomrcan ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → s · ˙ t = 1 R
60 43 18 syl ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → 1 R ∈ U
61 59 60 eqeltrd ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → s · ˙ t ∈ U
62 6 7 1 unitmulclb ⊢ R ∈ CRing ∧ s ∈ B ∧ t ∈ B → s · ˙ t ∈ U ↔ s ∈ U ∧ t ∈ U
63 62 simplbda ⊢ R ∈ CRing ∧ s ∈ B ∧ t ∈ B ∧ s · ˙ t ∈ U → t ∈ U
64 40 41 42 61 63 syl31anc ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → t ∈ U
65 oveq1 ⊢ u = t → u · ˙ X = t · ˙ X
66 65 eqeq1d ⊢ u = t → u · ˙ X = Y ↔ t · ˙ X = Y
67 66 adantl ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R ∧ u = t → u · ˙ X = Y ↔ t · ˙ X = Y
68 64 67 52 rspcedvd ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y ∧ X ≠ 0 R → ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y
69 36 68 pm2.61dane ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ t ∈ B ∧ t · ˙ X = Y → ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y
70 69 r19.29an ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X ∧ ∃ t ∈ B t · ˙ X = Y → ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y
71 70 an32s ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ ∃ t ∈ B t · ˙ X = Y ∧ s · ˙ Y = X → ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y
72 71 ex ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ ∃ t ∈ B t · ˙ X = Y → s · ˙ Y = X → ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y
73 72 an32s ⊢ φ ∧ ∃ t ∈ B t · ˙ X = Y ∧ s ∈ B → s · ˙ Y = X → ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y
74 73 imp ⊢ φ ∧ ∃ t ∈ B t · ˙ X = Y ∧ s ∈ B ∧ s · ˙ Y = X → ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y
75 74 r19.29an ⊢ φ ∧ ∃ t ∈ B t · ˙ X = Y ∧ ∃ s ∈ B s · ˙ Y = X → ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y
76 75 anasss ⊢ φ ∧ ∃ t ∈ B t · ˙ X = Y ∧ ∃ s ∈ B s · ˙ Y = X → ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y
77 15 76 sylbida ⊢ φ ∧ X ∥ ˙ Y ∧ Y ∥ ˙ X → ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y
78 4 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ U ∧ u · ˙ X = Y → X ∈ B
79 5 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ U ∧ u · ˙ X = Y → Y ∈ B
80 16 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ U ∧ u · ˙ X = Y → R ∈ Ring
81 simplr ⊢ φ ∧ u ∈ U ∧ u · ˙ X = Y → u ∈ U
82 simpr ⊢ φ ∧ u ∈ U ∧ u · ˙ X = Y → u · ˙ X = Y
83 1 2 3 78 79 6 7 80 81 82 dvdsruassoi ⊢ φ ∧ u ∈ U ∧ u · ˙ X = Y → X ∥ ˙ Y ∧ Y ∥ ˙ X
84 83 r19.29an ⊢ φ ∧ ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y → X ∥ ˙ Y ∧ Y ∥ ˙ X
85 77 84 impbida ⊢ φ → X ∥ ˙ Y ∧ Y ∥ ˙ X ↔ ∃ u ∈ U u · ˙ X = Y