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Theorem znidomb

Description: The Z/nZ structure is a domain (and hence a field) precisely when n is prime. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Jun-2015)

Ref Expression
Hypothesis zntos.y Y = /N
Assertion znidomb N Y IDomn N

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 zntos.y Y = /N
2 2z 2
3 2 a1i N Y IDomn 2
4 nnz N N
5 4 adantr N Y IDomn N
6 hash2 2 𝑜 = 2
7 isidom Y IDomn Y CRing Y Domn
8 7 simprbi Y IDomn Y Domn
9 domnnzr Y Domn Y NzRing
10 8 9 syl Y IDomn Y NzRing
11 eqid Base Y = Base Y
12 11 isnzr2 Y NzRing Y Ring 2 𝑜 Base Y
13 12 simprbi Y NzRing 2 𝑜 Base Y
14 10 13 syl Y IDomn 2 𝑜 Base Y
15 14 adantl N Y IDomn 2 𝑜 Base Y
16 df2o2 2 𝑜 =
17 prfi Fin
18 16 17 eqeltri 2 𝑜 Fin
19 fvex Base Y V
20 hashdom 2 𝑜 Fin Base Y V 2 𝑜 Base Y 2 𝑜 Base Y
21 18 19 20 mp2an 2 𝑜 Base Y 2 𝑜 Base Y
22 15 21 sylibr N Y IDomn 2 𝑜 Base Y
23 6 22 eqbrtrrid N Y IDomn 2 Base Y
24 1 11 znhash N Base Y = N
25 24 adantr N Y IDomn Base Y = N
26 23 25 breqtrd N Y IDomn 2 N
27 eluz2 N 2 2 N 2 N
28 3 5 26 27 syl3anbrc N Y IDomn N 2
29 nncn N N
30 29 ad2antrr N Y IDomn x x N N
31 nncn x x
32 31 ad2antrl N Y IDomn x x N x
33 nnne0 x x 0
34 33 ad2antrl N Y IDomn x x N x 0
35 30 32 34 divcan1d N Y IDomn x x N N x x = N
36 35 fveq2d N Y IDomn x x N ℤRHom Y N x x = ℤRHom Y N
37 8 ad2antlr N Y IDomn x x N Y Domn
38 domnring Y Domn Y Ring
39 37 38 syl N Y IDomn x x N Y Ring
40 eqid ℤRHom Y = ℤRHom Y
41 40 zrhrhm Y Ring ℤRHom Y ring RingHom Y
42 39 41 syl N Y IDomn x x N ℤRHom Y ring RingHom Y
43 simprr N Y IDomn x x N x N
44 nnz x x
45 44 ad2antrl N Y IDomn x x N x
46 4 ad2antrr N Y IDomn x x N N
47 dvdsval2 x x 0 N x N N x
48 45 34 46 47 syl3anc N Y IDomn x x N x N N x
49 43 48 mpbid N Y IDomn x x N N x
50 zringbas = Base ring
51 zringmulr × = ring
52 eqid Y = Y
53 50 51 52 rhmmul ℤRHom Y ring RingHom Y N x x ℤRHom Y N x x = ℤRHom Y N x Y ℤRHom Y x
54 42 49 45 53 syl3anc N Y IDomn x x N ℤRHom Y N x x = ℤRHom Y N x Y ℤRHom Y x
55 iddvds N N N
56 46 55 syl N Y IDomn x x N N N
57 nnnn0 N N 0
58 57 ad2antrr N Y IDomn x x N N 0
59 eqid 0 Y = 0 Y
60 1 40 59 zndvds0 N 0 N ℤRHom Y N = 0 Y N N
61 58 46 60 syl2anc N Y IDomn x x N ℤRHom Y N = 0 Y N N
62 56 61 mpbird N Y IDomn x x N ℤRHom Y N = 0 Y
63 36 54 62 3eqtr3d N Y IDomn x x N ℤRHom Y N x Y ℤRHom Y x = 0 Y
64 50 11 rhmf ℤRHom Y ring RingHom Y ℤRHom Y : Base Y
65 42 64 syl N Y IDomn x x N ℤRHom Y : Base Y
66 65 49 ffvelrnd N Y IDomn x x N ℤRHom Y N x Base Y
67 65 45 ffvelrnd N Y IDomn x x N ℤRHom Y x Base Y
68 11 52 59 domneq0 Y Domn ℤRHom Y N x Base Y ℤRHom Y x Base Y ℤRHom Y N x Y ℤRHom Y x = 0 Y ℤRHom Y N x = 0 Y ℤRHom Y x = 0 Y
69 37 66 67 68 syl3anc N Y IDomn x x N ℤRHom Y N x Y ℤRHom Y x = 0 Y ℤRHom Y N x = 0 Y ℤRHom Y x = 0 Y
70 63 69 mpbid N Y IDomn x x N ℤRHom Y N x = 0 Y ℤRHom Y x = 0 Y
71 1 40 59 zndvds0 N 0 N x ℤRHom Y N x = 0 Y N N x
72 58 49 71 syl2anc N Y IDomn x x N ℤRHom Y N x = 0 Y N N x
73 nnre N N
74 73 ad2antrr N Y IDomn x x N N
75 nnre x x
76 75 ad2antrl N Y IDomn x x N x
77 nngt0 N 0 < N
78 77 ad2antrr N Y IDomn x x N 0 < N
79 nngt0 x 0 < x
80 79 ad2antrl N Y IDomn x x N 0 < x
81 74 76 78 80 divgt0d N Y IDomn x x N 0 < N x
82 elnnz N x N x 0 < N x
83 49 81 82 sylanbrc N Y IDomn x x N N x
84 dvdsle N N x N N x N N x
85 46 83 84 syl2anc N Y IDomn x x N N N x N N x
86 1red N Y IDomn x x N 1
87 0lt1 0 < 1
88 87 a1i N Y IDomn x x N 0 < 1
89 lediv2 x 0 < x 1 0 < 1 N 0 < N x 1 N 1 N x
90 76 80 86 88 74 78 89 syl222anc N Y IDomn x x N x 1 N 1 N x
91 nnle1eq1 x x 1 x = 1
92 91 ad2antrl N Y IDomn x x N x 1 x = 1
93 30 div1d N Y IDomn x x N N 1 = N
94 93 breq1d N Y IDomn x x N N 1 N x N N x
95 90 92 94 3bitr3rd N Y IDomn x x N N N x x = 1
96 85 95 sylibd N Y IDomn x x N N N x x = 1
97 72 96 sylbid N Y IDomn x x N ℤRHom Y N x = 0 Y x = 1
98 1 40 59 zndvds0 N 0 x ℤRHom Y x = 0 Y N x
99 58 45 98 syl2anc N Y IDomn x x N ℤRHom Y x = 0 Y N x
100 nnnn0 x x 0
101 100 ad2antrl N Y IDomn x x N x 0
102 dvdseq x 0 N 0 x N N x x = N
103 102 expr x 0 N 0 x N N x x = N
104 101 58 43 103 syl21anc N Y IDomn x x N N x x = N
105 99 104 sylbid N Y IDomn x x N ℤRHom Y x = 0 Y x = N
106 97 105 orim12d N Y IDomn x x N ℤRHom Y N x = 0 Y ℤRHom Y x = 0 Y x = 1 x = N
107 70 106 mpd N Y IDomn x x N x = 1 x = N
108 107 expr N Y IDomn x x N x = 1 x = N
109 108 ralrimiva N Y IDomn x x N x = 1 x = N
110 isprm2 N N 2 x x N x = 1 x = N
111 28 109 110 sylanbrc N Y IDomn N
112 111 ex N Y IDomn N
113 1 znfld N Y Field
114 fldidom Y Field Y IDomn
115 113 114 syl N Y IDomn
116 112 115 impbid1 N Y IDomn N