MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  expadd Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem expadd 13067
Description: Sum of exponents law for nonnegative integer exponentiation. Proposition 10-4.2(a) of [Gleason] p. 135. (Contributed by NM, 30-Nov-2004.)
Assertion
Ref Expression
expadd ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 𝑁)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑁)))

Proof of Theorem expadd
Dummy variables 𝑗 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 oveq2 6809 . . . . . . 7 (𝑗 = 0 → (𝑀 + 𝑗) = (𝑀 + 0))
21oveq2d 6817 . . . . . 6 (𝑗 = 0 → (𝐴↑(𝑀 + 𝑗)) = (𝐴↑(𝑀 + 0)))
3 oveq2 6809 . . . . . . 7 (𝑗 = 0 → (𝐴𝑗) = (𝐴↑0))
43oveq2d 6817 . . . . . 6 (𝑗 = 0 → ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑗)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴↑0)))
52, 4eqeq12d 2763 . . . . 5 (𝑗 = 0 → ((𝐴↑(𝑀 + 𝑗)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑗)) ↔ (𝐴↑(𝑀 + 0)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴↑0))))
65imbi2d 329 . . . 4 (𝑗 = 0 → (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 𝑗)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑗))) ↔ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 0)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴↑0)))))
7 oveq2 6809 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑘 → (𝑀 + 𝑗) = (𝑀 + 𝑘))
87oveq2d 6817 . . . . . 6 (𝑗 = 𝑘 → (𝐴↑(𝑀 + 𝑗)) = (𝐴↑(𝑀 + 𝑘)))
9 oveq2 6809 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑘 → (𝐴𝑗) = (𝐴𝑘))
109oveq2d 6817 . . . . . 6 (𝑗 = 𝑘 → ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑗)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑘)))
118, 10eqeq12d 2763 . . . . 5 (𝑗 = 𝑘 → ((𝐴↑(𝑀 + 𝑗)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑗)) ↔ (𝐴↑(𝑀 + 𝑘)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑘))))
1211imbi2d 329 . . . 4 (𝑗 = 𝑘 → (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 𝑗)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑗))) ↔ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 𝑘)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑘)))))
13 oveq2 6809 . . . . . . 7 (𝑗 = (𝑘 + 1) → (𝑀 + 𝑗) = (𝑀 + (𝑘 + 1)))
1413oveq2d 6817 . . . . . 6 (𝑗 = (𝑘 + 1) → (𝐴↑(𝑀 + 𝑗)) = (𝐴↑(𝑀 + (𝑘 + 1))))
15 oveq2 6809 . . . . . . 7 (𝑗 = (𝑘 + 1) → (𝐴𝑗) = (𝐴↑(𝑘 + 1)))
1615oveq2d 6817 . . . . . 6 (𝑗 = (𝑘 + 1) → ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑗)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴↑(𝑘 + 1))))
1714, 16eqeq12d 2763 . . . . 5 (𝑗 = (𝑘 + 1) → ((𝐴↑(𝑀 + 𝑗)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑗)) ↔ (𝐴↑(𝑀 + (𝑘 + 1))) = ((𝐴𝑀) · (𝐴↑(𝑘 + 1)))))
1817imbi2d 329 . . . 4 (𝑗 = (𝑘 + 1) → (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 𝑗)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑗))) ↔ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + (𝑘 + 1))) = ((𝐴𝑀) · (𝐴↑(𝑘 + 1))))))
19 oveq2 6809 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑁 → (𝑀 + 𝑗) = (𝑀 + 𝑁))
2019oveq2d 6817 . . . . . 6 (𝑗 = 𝑁 → (𝐴↑(𝑀 + 𝑗)) = (𝐴↑(𝑀 + 𝑁)))
21 oveq2 6809 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑁 → (𝐴𝑗) = (𝐴𝑁))
2221oveq2d 6817 . . . . . 6 (𝑗 = 𝑁 → ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑗)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑁)))
2320, 22eqeq12d 2763 . . . . 5 (𝑗 = 𝑁 → ((𝐴↑(𝑀 + 𝑗)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑗)) ↔ (𝐴↑(𝑀 + 𝑁)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑁))))
2423imbi2d 329 . . . 4 (𝑗 = 𝑁 → (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 𝑗)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑗))) ↔ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 𝑁)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑁)))))
25 nn0cn 11465 . . . . . . . . 9 (𝑀 ∈ ℕ0𝑀 ∈ ℂ)
2625addid1d 10399 . . . . . . . 8 (𝑀 ∈ ℕ0 → (𝑀 + 0) = 𝑀)
2726adantl 473 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝑀 + 0) = 𝑀)
2827oveq2d 6817 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 0)) = (𝐴𝑀))
29 expcl 13043 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴𝑀) ∈ ℂ)
3029mulid1d 10220 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → ((𝐴𝑀) · 1) = (𝐴𝑀))
3128, 30eqtr4d 2785 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 0)) = ((𝐴𝑀) · 1))
32 exp0 13029 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴↑0) = 1)
3332adantr 472 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑0) = 1)
3433oveq2d 6817 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → ((𝐴𝑀) · (𝐴↑0)) = ((𝐴𝑀) · 1))
3531, 34eqtr4d 2785 . . . 4 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 0)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴↑0)))
36 oveq1 6808 . . . . . . 7 ((𝐴↑(𝑀 + 𝑘)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑘)) → ((𝐴↑(𝑀 + 𝑘)) · 𝐴) = (((𝐴𝑀) · (𝐴𝑘)) · 𝐴))
37 nn0cn 11465 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℂ)
38 ax-1cn 10157 . . . . . . . . . . . . 13 1 ∈ ℂ
39 addass 10186 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → ((𝑀 + 𝑘) + 1) = (𝑀 + (𝑘 + 1)))
4038, 39mp3an3 1550 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑀 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℂ) → ((𝑀 + 𝑘) + 1) = (𝑀 + (𝑘 + 1)))
4125, 37, 40syl2an 495 . . . . . . . . . . 11 ((𝑀 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀 + 𝑘) + 1) = (𝑀 + (𝑘 + 1)))
4241adantll 752 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀 + 𝑘) + 1) = (𝑀 + (𝑘 + 1)))
4342oveq2d 6817 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐴↑((𝑀 + 𝑘) + 1)) = (𝐴↑(𝑀 + (𝑘 + 1))))
44 simpll 807 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝐴 ∈ ℂ)
45 nn0addcl 11491 . . . . . . . . . . 11 ((𝑀 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀 + 𝑘) ∈ ℕ0)
4645adantll 752 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀 + 𝑘) ∈ ℕ0)
47 expp1 13032 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 + 𝑘) ∈ ℕ0) → (𝐴↑((𝑀 + 𝑘) + 1)) = ((𝐴↑(𝑀 + 𝑘)) · 𝐴))
4844, 46, 47syl2anc 696 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐴↑((𝑀 + 𝑘) + 1)) = ((𝐴↑(𝑀 + 𝑘)) · 𝐴))
4943, 48eqtr3d 2784 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + (𝑘 + 1))) = ((𝐴↑(𝑀 + 𝑘)) · 𝐴))
50 expp1 13032 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑘 + 1)) = ((𝐴𝑘) · 𝐴))
5150adantlr 753 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑘 + 1)) = ((𝐴𝑘) · 𝐴))
5251oveq2d 6817 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐴𝑀) · (𝐴↑(𝑘 + 1))) = ((𝐴𝑀) · ((𝐴𝑘) · 𝐴)))
5329adantr 472 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐴𝑀) ∈ ℂ)
54 expcl 13043 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐴𝑘) ∈ ℂ)
5554adantlr 753 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐴𝑘) ∈ ℂ)
5653, 55, 44mulassd 10226 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (((𝐴𝑀) · (𝐴𝑘)) · 𝐴) = ((𝐴𝑀) · ((𝐴𝑘) · 𝐴)))
5752, 56eqtr4d 2785 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐴𝑀) · (𝐴↑(𝑘 + 1))) = (((𝐴𝑀) · (𝐴𝑘)) · 𝐴))
5849, 57eqeq12d 2763 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐴↑(𝑀 + (𝑘 + 1))) = ((𝐴𝑀) · (𝐴↑(𝑘 + 1))) ↔ ((𝐴↑(𝑀 + 𝑘)) · 𝐴) = (((𝐴𝑀) · (𝐴𝑘)) · 𝐴)))
5936, 58syl5ibr 236 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐴↑(𝑀 + 𝑘)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑘)) → (𝐴↑(𝑀 + (𝑘 + 1))) = ((𝐴𝑀) · (𝐴↑(𝑘 + 1)))))
6059expcom 450 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → ((𝐴↑(𝑀 + 𝑘)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑘)) → (𝐴↑(𝑀 + (𝑘 + 1))) = ((𝐴𝑀) · (𝐴↑(𝑘 + 1))))))
6160a2d 29 . . . 4 (𝑘 ∈ ℕ0 → (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 𝑘)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑘))) → ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + (𝑘 + 1))) = ((𝐴𝑀) · (𝐴↑(𝑘 + 1))))))
626, 12, 18, 24, 35, 61nn0ind 11635 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ0 → ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 𝑁)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑁))))
6362expdcom 454 . 2 (𝐴 ∈ ℂ → (𝑀 ∈ ℕ0 → (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝐴↑(𝑀 + 𝑁)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑁)))))
64633imp 1101 1 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑀 + 𝑁)) = ((𝐴𝑀) · (𝐴𝑁)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 383  w3a 1072   = wceq 1620  wcel 2127  (class class class)co 6801  cc 10097  0cc0 10099  1c1 10100   + caddc 10102   · cmul 10104  0cn0 11455  cexp 13025
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1859  ax-4 1874  ax-5 1976  ax-6 2042  ax-7 2078  ax-8 2129  ax-9 2136  ax-10 2156  ax-11 2171  ax-12 2184  ax-13 2379  ax-ext 2728  ax-sep 4921  ax-nul 4929  ax-pow 4980  ax-pr 5043  ax-un 7102  ax-cnex 10155  ax-resscn 10156  ax-1cn 10157  ax-icn 10158  ax-addcl 10159  ax-addrcl 10160  ax-mulcl 10161  ax-mulrcl 10162  ax-mulcom 10163  ax-addass 10164  ax-mulass 10165  ax-distr 10166  ax-i2m1 10167  ax-1ne0 10168  ax-1rid 10169  ax-rnegex 10170  ax-rrecex 10171  ax-cnre 10172  ax-pre-lttri 10173  ax-pre-lttrn 10174  ax-pre-ltadd 10175  ax-pre-mulgt0 10176
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1623  df-ex 1842  df-nf 1847  df-sb 2035  df-eu 2599  df-mo 2600  df-clab 2735  df-cleq 2741  df-clel 2744  df-nfc 2879  df-ne 2921  df-nel 3024  df-ral 3043  df-rex 3044  df-reu 3045  df-rab 3047  df-v 3330  df-sbc 3565  df-csb 3663  df-dif 3706  df-un 3708  df-in 3710  df-ss 3717  df-pss 3719  df-nul 4047  df-if 4219  df-pw 4292  df-sn 4310  df-pr 4312  df-tp 4314  df-op 4316  df-uni 4577  df-iun 4662  df-br 4793  df-opab 4853  df-mpt 4870  df-tr 4893  df-id 5162  df-eprel 5167  df-po 5175  df-so 5176  df-fr 5213  df-we 5215  df-xp 5260  df-rel 5261  df-cnv 5262  df-co 5263  df-dm 5264  df-rn 5265  df-res 5266  df-ima 5267  df-pred 5829  df-ord 5875  df-on 5876  df-lim 5877  df-suc 5878  df-iota 6000  df-fun 6039  df-fn 6040  df-f 6041  df-f1 6042  df-fo 6043  df-f1o 6044  df-fv 6045  df-riota 6762  df-ov 6804  df-oprab 6805  df-mpt2 6806  df-om 7219  df-2nd 7322  df-wrecs 7564  df-recs 7625  df-rdg 7663  df-er 7899  df-en 8110  df-dom 8111  df-sdom 8112  df-pnf 10239  df-mnf 10240  df-xr 10241  df-ltxr 10242  df-le 10243  df-sub 10431  df-neg 10432  df-nn 11184  df-n0 11456  df-z 11541  df-uz 11851  df-seq 12967  df-exp 13026
This theorem is referenced by:  expaddzlem  13068  expaddz  13069  expmul  13070  i4  13132  expaddd  13175  faclbnd4lem1  13245  fallrisefac  14926  fsumcube  14961  ef01bndlem  15084  modxai  15945  numexp2x  15956  expmhm  19988  quart1lem  24752  log2ublem2  24844  bposlem8  25186  2exp5  41986  2exp11  41996  3exp4mod41  42012
  Copyright terms: Public domain W3C validator