La prueba es correcta. Se generaliza fácilmente a la siguiente (el tuyo es especial el caso de $\,b=a,\,B=A)$
$$ \begin{eqnarray} && a\mid A\\ &&b\mid B\end{eqnarray}\ \ \Rightarrow\ \ ab\mid AB$$
Esto es fundamental conversar, a saber
$$c\mid AB\ \ \Rightarrow\ \ c = ab, \begin{eqnarray} && a\mid A\\ &&b\mid B\end{eqnarray}\ \ \ {\rm for\ some}\ \ a,b$$
Esto es equivalente a la singularidad de factorizations en números primos (los átomos), ya que el caso especial cuando $\,c = p\,$ prime es $\ p\mid AB\,\Rightarrow\,p\mid A,\,$ o $\,p\mid B,\,$, lo que implica dijo singularidad mediante una simple prueba inductiva.
Esto lleva a una importante refinamiento de vista de factorización única - que tiene el beneficio de la generalización de bien a otros anillos (esp. noncomutative anillos, como Paul Cohen demostró). Para una mayor discusión, ver aquí y aquí.