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Theorem erld2

Description: Main property of the ring localization equivalence relation. (Contributed by Thierry Arnoux, 4-May-2025)

Ref Expression
Hypotheses erld2.b ⊢ B = Base R
erld2.e ⊢ ∼ ˙ = R ~RL S
erld2.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
erld2.r ⊢ φ → R ∈ CRing
erld2.s ⊢ φ → S ∈ SubMnd ⁡ mulGrp R
erld2.x ⊢ φ → X ∈ B
erld2.y ⊢ φ → Y ∈ S
erld2.z ⊢ φ → Z ∈ B
erld2.w ⊢ φ → W ∈ S
erld2.1 ⊢ φ → X Y ∼ ˙ = Z W ∼ ˙
Assertion erld2 ⊢ φ → ∃ t ∈ S t · ˙ X · ˙ W = t · ˙ Z · ˙ Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 erld2.b ⊢ B = Base R
2 erld2.e ⊢ ∼ ˙ = R ~RL S
3 erld2.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
4 erld2.r ⊢ φ → R ∈ CRing
5 erld2.s ⊢ φ → S ∈ SubMnd ⁡ mulGrp R
6 erld2.x ⊢ φ → X ∈ B
7 erld2.y ⊢ φ → Y ∈ S
8 erld2.z ⊢ φ → Z ∈ B
9 erld2.w ⊢ φ → W ∈ S
10 erld2.1 ⊢ φ → X Y ∼ ˙ = Z W ∼ ˙
11 eqid ⊢ mulGrp R = mulGrp R
12 11 1 mgpbas ⊢ B = Base mulGrp R
13 12 submss ⊢ S ∈ SubMnd ⁡ mulGrp R → S ⊆ B
14 5 13 syl ⊢ φ → S ⊆ B
15 eqid ⊢ 0 R = 0 R
16 eqid ⊢ - R = - R
17 eqid ⊢ 1 R = 1 R
18 eqid ⊢ B × S = B × S
19 1 15 17 3 16 18 2 4 5 erler ⊢ φ → ∼ ˙ Er B × S
20 6 7 opelxpd ⊢ φ → X Y ∈ B × S
21 19 20 erth ⊢ φ → X Y ∼ ˙ Z W ↔ X Y ∼ ˙ = Z W ∼ ˙
22 10 21 mpbird ⊢ φ → X Y ∼ ˙ Z W
23 1 2 14 15 3 16 22 erldi ⊢ φ → ∃ t ∈ S t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = 0 R
24 4 crngringd ⊢ φ → R ∈ Ring
25 24 ringgrpd ⊢ φ → R ∈ Grp
26 25 ad2antrr ⊢ φ ∧ t ∈ S ∧ t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = 0 R → R ∈ Grp
27 24 adantr ⊢ φ ∧ t ∈ S → R ∈ Ring
28 27 adantr ⊢ φ ∧ t ∈ S ∧ t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = 0 R → R ∈ Ring
29 14 sselda ⊢ φ ∧ t ∈ S → t ∈ B
30 29 adantr ⊢ φ ∧ t ∈ S ∧ t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = 0 R → t ∈ B
31 14 9 sseldd ⊢ φ → W ∈ B
32 1 3 24 6 31 ringcld ⊢ φ → X · ˙ W ∈ B
33 32 adantr ⊢ φ ∧ t ∈ S → X · ˙ W ∈ B
34 33 adantr ⊢ φ ∧ t ∈ S ∧ t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = 0 R → X · ˙ W ∈ B
35 1 3 28 30 34 ringcld ⊢ φ ∧ t ∈ S ∧ t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = 0 R → t · ˙ X · ˙ W ∈ B
36 14 7 sseldd ⊢ φ → Y ∈ B
37 1 3 24 8 36 ringcld ⊢ φ → Z · ˙ Y ∈ B
38 37 adantr ⊢ φ ∧ t ∈ S → Z · ˙ Y ∈ B
39 38 adantr ⊢ φ ∧ t ∈ S ∧ t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = 0 R → Z · ˙ Y ∈ B
40 1 3 28 30 39 ringcld ⊢ φ ∧ t ∈ S ∧ t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = 0 R → t · ˙ Z · ˙ Y ∈ B
41 op1stg ⊢ X ∈ B ∧ Y ∈ S → 1 st ⁡ X Y = X
42 6 7 41 syl2anc ⊢ φ → 1 st ⁡ X Y = X
43 op2ndg ⊢ Z ∈ B ∧ W ∈ S → 2 nd ⁡ Z W = W
44 8 9 43 syl2anc ⊢ φ → 2 nd ⁡ Z W = W
45 42 44 oveq12d ⊢ φ → 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W = X · ˙ W
46 op1stg ⊢ Z ∈ B ∧ W ∈ S → 1 st ⁡ Z W = Z
47 8 9 46 syl2anc ⊢ φ → 1 st ⁡ Z W = Z
48 op2ndg ⊢ X ∈ B ∧ Y ∈ S → 2 nd ⁡ X Y = Y
49 6 7 48 syl2anc ⊢ φ → 2 nd ⁡ X Y = Y
50 47 49 oveq12d ⊢ φ → 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = Z · ˙ Y
51 45 50 oveq12d ⊢ φ → 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = X · ˙ W - R Z · ˙ Y
52 51 oveq2d ⊢ φ → t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = t · ˙ X · ˙ W - R Z · ˙ Y
53 52 adantr ⊢ φ ∧ t ∈ S → t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = t · ˙ X · ˙ W - R Z · ˙ Y
54 1 3 16 27 29 33 38 ringsubdi ⊢ φ ∧ t ∈ S → t · ˙ X · ˙ W - R Z · ˙ Y = t · ˙ X · ˙ W - R t · ˙ Z · ˙ Y
55 53 54 eqtrd ⊢ φ ∧ t ∈ S → t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = t · ˙ X · ˙ W - R t · ˙ Z · ˙ Y
56 55 eqeq1d ⊢ φ ∧ t ∈ S → t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = 0 R ↔ t · ˙ X · ˙ W - R t · ˙ Z · ˙ Y = 0 R
57 56 biimpa ⊢ φ ∧ t ∈ S ∧ t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = 0 R → t · ˙ X · ˙ W - R t · ˙ Z · ˙ Y = 0 R
58 1 15 16 grpsubeq0 ⊢ R ∈ Grp ∧ t · ˙ X · ˙ W ∈ B ∧ t · ˙ Z · ˙ Y ∈ B → t · ˙ X · ˙ W - R t · ˙ Z · ˙ Y = 0 R ↔ t · ˙ X · ˙ W = t · ˙ Z · ˙ Y
59 58 biimpa ⊢ R ∈ Grp ∧ t · ˙ X · ˙ W ∈ B ∧ t · ˙ Z · ˙ Y ∈ B ∧ t · ˙ X · ˙ W - R t · ˙ Z · ˙ Y = 0 R → t · ˙ X · ˙ W = t · ˙ Z · ˙ Y
60 26 35 40 57 59 syl31anc ⊢ φ ∧ t ∈ S ∧ t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = 0 R → t · ˙ X · ˙ W = t · ˙ Z · ˙ Y
61 60 ex ⊢ φ ∧ t ∈ S → t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = 0 R → t · ˙ X · ˙ W = t · ˙ Z · ˙ Y
62 61 reximdva ⊢ φ → ∃ t ∈ S t · ˙ 1 st ⁡ X Y · ˙ 2 nd ⁡ Z W - R 1 st ⁡ Z W · ˙ 2 nd ⁡ X Y = 0 R → ∃ t ∈ S t · ˙ X · ˙ W = t · ˙ Z · ˙ Y
63 23 62 mpd ⊢ φ → ∃ t ∈ S t · ˙ X · ˙ W = t · ˙ Z · ˙ Y