Theorem reeff1o 25035

Description: The real exponential function is one-to-one onto. (Contributed by Paul Chapman, 18-Oct-2007.) (Revised by Mario Carneiro, 10-Nov-2013.)

Assertion

Ref	Expression
reeff1o	⊢ (exp ↾ ℝ):ℝ–1-1-onto→ℝ+

Proof of Theorem reeff1o

Dummy variables 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		reeff1 15473	. 2 ⊢ (exp ↾ ℝ):ℝ–1-1→ℝ+
2		f1f 6575	. . . 4 ⊢ ((exp ↾ ℝ):ℝ–1-1→ℝ+ → (exp ↾ ℝ):ℝ⟶ℝ+)
3		ffn 6514	. . . 4 ⊢ ((exp ↾ ℝ):ℝ⟶ℝ+ → (exp ↾ ℝ) Fn ℝ)
4	1, 2, 3	mp2b 10	. . 3 ⊢ (exp ↾ ℝ) Fn ℝ
5		frn 6520	. . . . 5 ⊢ ((exp ↾ ℝ):ℝ⟶ℝ+ → ran (exp ↾ ℝ) ⊆ ℝ+)
6	1, 2, 5	mp2b 10	. . . 4 ⊢ ran (exp ↾ ℝ) ⊆ ℝ+
7		elrp 12392	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ ↔ (𝑧 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑧))
8		reclt1 11535	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑧) → (𝑧 < 1 ↔ 1 < (1 / 𝑧)))
9	7, 8	sylbi 219	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → (𝑧 < 1 ↔ 1 < (1 / 𝑧)))
10		rpre 12398	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → 𝑧 ∈ ℝ)
11		rpne0 12406	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → 𝑧 ≠ 0)
12	10, 11	rereccld 11467	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → (1 / 𝑧) ∈ ℝ)
13		reeff1olem 25034	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((1 / 𝑧) ∈ ℝ ∧ 1 < (1 / 𝑧)) → ∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘𝑦) = (1 / 𝑧))
14	12, 13	sylan 582	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 1 < (1 / 𝑧)) → ∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘𝑦) = (1 / 𝑧))
15		eqcom 2828	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((1 / 𝑧) = (exp‘𝑦) ↔ (exp‘𝑦) = (1 / 𝑧))
16		rpcnne0 12408	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → (𝑧 ∈ ℂ ∧ 𝑧 ≠ 0))
17		recn 10627	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ → 𝑦 ∈ ℂ)
18		efcl 15436	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (𝑦 ∈ ℂ → (exp‘𝑦) ∈ ℂ)
19	17, 18	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ → (exp‘𝑦) ∈ ℂ)
20		efne0 15450	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (𝑦 ∈ ℂ → (exp‘𝑦) ≠ 0)
21	17, 20	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ → (exp‘𝑦) ≠ 0)
22	19, 21	jca 514	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ → ((exp‘𝑦) ∈ ℂ ∧ (exp‘𝑦) ≠ 0))
23		rec11r 11339	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (((𝑧 ∈ ℂ ∧ 𝑧 ≠ 0) ∧ ((exp‘𝑦) ∈ ℂ ∧ (exp‘𝑦) ≠ 0)) → ((1 / 𝑧) = (exp‘𝑦) ↔ (1 / (exp‘𝑦)) = 𝑧))
24	16, 22, 23	syl2an 597	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → ((1 / 𝑧) = (exp‘𝑦) ↔ (1 / (exp‘𝑦)) = 𝑧))
25		efcan 15449	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ (𝑦 ∈ ℂ → ((exp‘𝑦) · (exp‘-𝑦)) = 1)
26	25	eqcomd 2827	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (𝑦 ∈ ℂ → 1 = ((exp‘𝑦) · (exp‘-𝑦)))
27		negcl 10886	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ (𝑦 ∈ ℂ → -𝑦 ∈ ℂ)
28		efcl 15436	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ (-𝑦 ∈ ℂ → (exp‘-𝑦) ∈ ℂ)
29	27, 28	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ (𝑦 ∈ ℂ → (exp‘-𝑦) ∈ ℂ)
30		ax-1cn 10595	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ 1 ∈ ℂ
31		divmul2 11302	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ ((1 ∈ ℂ ∧ (exp‘-𝑦) ∈ ℂ ∧ ((exp‘𝑦) ∈ ℂ ∧ (exp‘𝑦) ≠ 0)) → ((1 / (exp‘𝑦)) = (exp‘-𝑦) ↔ 1 = ((exp‘𝑦) · (exp‘-𝑦))))
32	30, 31	mp3an1 1444	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ (((exp‘-𝑦) ∈ ℂ ∧ ((exp‘𝑦) ∈ ℂ ∧ (exp‘𝑦) ≠ 0)) → ((1 / (exp‘𝑦)) = (exp‘-𝑦) ↔ 1 = ((exp‘𝑦) · (exp‘-𝑦))))
33	29, 18, 20, 32	syl12anc 834	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (𝑦 ∈ ℂ → ((1 / (exp‘𝑦)) = (exp‘-𝑦) ↔ 1 = ((exp‘𝑦) · (exp‘-𝑦))))
34	26, 33	mpbird 259	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (𝑦 ∈ ℂ → (1 / (exp‘𝑦)) = (exp‘-𝑦))
35	17, 34	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ → (1 / (exp‘𝑦)) = (exp‘-𝑦))
36	35	eqeq1d 2823	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ → ((1 / (exp‘𝑦)) = 𝑧 ↔ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
37	36	adantl 484	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → ((1 / (exp‘𝑦)) = 𝑧 ↔ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
38	24, 37	bitrd 281	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → ((1 / 𝑧) = (exp‘𝑦) ↔ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
39	15, 38	syl5bbr 287	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → ((exp‘𝑦) = (1 / 𝑧) ↔ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
40	39	biimpd 231	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → ((exp‘𝑦) = (1 / 𝑧) → (exp‘-𝑦) = 𝑧))
41	40	reximdva 3274	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → (∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘𝑦) = (1 / 𝑧) → ∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
42	41	adantr 483	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 1 < (1 / 𝑧)) → (∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘𝑦) = (1 / 𝑧) → ∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
43	14, 42	mpd 15	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 1 < (1 / 𝑧)) → ∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘-𝑦) = 𝑧)
44		renegcl 10949	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ → -𝑦 ∈ ℝ)
45		infm3lem 11599	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → ∃𝑦 ∈ ℝ 𝑥 = -𝑦)
46		fveqeq2 6679	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑥 = -𝑦 → ((exp‘𝑥) = 𝑧 ↔ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
47	44, 45, 46	rexxfr 5317	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧 ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘-𝑦) = 𝑧)
48	43, 47	sylibr 236	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 1 < (1 / 𝑧)) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
49	48	ex 415	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → (1 < (1 / 𝑧) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧))
50	9, 49	sylbid 242	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → (𝑧 < 1 → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧))
51	50	imp 409	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑧 < 1) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
52		ef0 15444	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (exp‘0) = 1
53	52	eqeq2i 2834	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 = (exp‘0) ↔ 𝑧 = 1)
54		0re 10643	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 0 ∈ ℝ
55		fveqeq2 6679	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑥 = 0 → ((exp‘𝑥) = 𝑧 ↔ (exp‘0) = 𝑧))
56	55	rspcev 3623	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ (exp‘0) = 𝑧) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
57	54, 56	mpan 688	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((exp‘0) = 𝑧 → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
58	57	eqcoms 2829	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 = (exp‘0) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
59	53, 58	sylbir 237	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 = 1 → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
60	59	adantl 484	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑧 = 1) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
61		reeff1olem 25034	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 1 < 𝑧) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
62	10, 61	sylan 582	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 1 < 𝑧) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
63		1re 10641	. . . . . . . . 9 ⊢ 1 ∈ ℝ
64		lttri4 10725	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → (𝑧 < 1 ∨ 𝑧 = 1 ∨ 1 < 𝑧))
65	10, 63, 64	sylancl 588	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → (𝑧 < 1 ∨ 𝑧 = 1 ∨ 1 < 𝑧))
66	51, 60, 62, 65	mpjao3dan 1427	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
67		fvres 6689	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → ((exp ↾ ℝ)‘𝑥) = (exp‘𝑥))
68	67	eqeq1d 2823	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (((exp ↾ ℝ)‘𝑥) = 𝑧 ↔ (exp‘𝑥) = 𝑧))
69	68	rexbiia 3246	. . . . . . 7 ⊢ (∃𝑥 ∈ ℝ ((exp ↾ ℝ)‘𝑥) = 𝑧 ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
70	66, 69	sylibr 236	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → ∃𝑥 ∈ ℝ ((exp ↾ ℝ)‘𝑥) = 𝑧)
71		fvelrnb 6726	. . . . . . 7 ⊢ ((exp ↾ ℝ) Fn ℝ → (𝑧 ∈ ran (exp ↾ ℝ) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ((exp ↾ ℝ)‘𝑥) = 𝑧))
72	4, 71	ax-mp 5	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 ∈ ran (exp ↾ ℝ) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ((exp ↾ ℝ)‘𝑥) = 𝑧)
73	70, 72	sylibr 236	. . . . 5 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → 𝑧 ∈ ran (exp ↾ ℝ))
74	73	ssriv 3971	. . . 4 ⊢ ℝ+ ⊆ ran (exp ↾ ℝ)
75	6, 74	eqssi 3983	. . 3 ⊢ ran (exp ↾ ℝ) = ℝ+
76		df-fo 6361	. . 3 ⊢ ((exp ↾ ℝ):ℝ–onto→ℝ+ ↔ ((exp ↾ ℝ) Fn ℝ ∧ ran (exp ↾ ℝ) = ℝ+))
77	4, 75, 76	mpbir2an 709	. 2 ⊢ (exp ↾ ℝ):ℝ–onto→ℝ+
78		df-f1o 6362	. 2 ⊢ ((exp ↾ ℝ):ℝ–1-1-onto→ℝ+ ↔ ((exp ↾ ℝ):ℝ–1-1→ℝ+ ∧ (exp ↾ ℝ):ℝ–onto→ℝ+))
79	1, 77, 78	mpbir2an 709	1 ⊢ (exp ↾ ℝ):ℝ–1-1-onto→ℝ+

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 208   ∧ wa 398   ∨ w3o 1082   = wceq 1537   ∈ wcel 2114   ≠ wne 3016  ∃wrex 3139   ⊆ wss 3936   class class class wbr 5066  ran crn 5556   ↾ cres 5557   Fn wfn 6350  ⟶wf 6351  –1-1→wf1 6352  –onto→wfo 6353  –1-1-onto→wf1o 6354  ‘cfv 6355  (class class class)co 7156  ℂcc 10535  ℝcr 10536  0cc0 10537  1c1 10538   · cmul 10542   < clt 10675  -cneg 10871   / cdiv 11297  ℝ⁺crp 12390  expce 15415

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2145  ax-11 2161  ax-12 2177  ax-ext 2793  ax-rep 5190  ax-sep 5203  ax-nul 5210  ax-pow 5266  ax-pr 5330  ax-un 7461  ax-inf2 9104  ax-cnex 10593  ax-resscn 10594  ax-1cn 10595  ax-icn 10596  ax-addcl 10597  ax-addrcl 10598  ax-mulcl 10599  ax-mulrcl 10600  ax-mulcom 10601  ax-addass 10602  ax-mulass 10603  ax-distr 10604  ax-i2m1 10605  ax-1ne0 10606  ax-1rid 10607  ax-rnegex 10608  ax-rrecex 10609  ax-cnre 10610  ax-pre-lttri 10611  ax-pre-lttrn 10612  ax-pre-ltadd 10613  ax-pre-mulgt0 10614  ax-pre-sup 10615  ax-addf 10616  ax-mulf 10617

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2070  df-mo 2622  df-eu 2654  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2893  df-nfc 2963  df-ne 3017  df-nel 3124  df-ral 3143  df-rex 3144  df-reu 3145  df-rmo 3146  df-rab 3147  df-v 3496  df-sbc 3773  df-csb 3884  df-dif 3939  df-un 3941  df-in 3943  df-ss 3952  df-pss 3954  df-nul 4292  df-if 4468  df-pw 4541  df-sn 4568  df-pr 4570  df-tp 4572  df-op 4574  df-uni 4839  df-int 4877  df-iun 4921  df-iin 4922  df-br 5067  df-opab 5129  df-mpt 5147  df-tr 5173  df-id 5460  df-eprel 5465  df-po 5474  df-so 5475  df-fr 5514  df-se 5515  df-we 5516  df-xp 5561  df-rel 5562  df-cnv 5563  df-co 5564  df-dm 5565  df-rn 5566  df-res 5567  df-ima 5568  df-pred 6148  df-ord 6194  df-on 6195  df-lim 6196  df-suc 6197  df-iota 6314  df-fun 6357  df-fn 6358  df-f 6359  df-f1 6360  df-fo 6361  df-f1o 6362  df-fv 6363  df-isom 6364  df-riota 7114  df-ov 7159  df-oprab 7160  df-mpo 7161  df-of 7409  df-om 7581  df-1st 7689  df-2nd 7690  df-supp 7831  df-wrecs 7947  df-recs 8008  df-rdg 8046  df-1o 8102  df-2o 8103  df-oadd 8106  df-er 8289  df-map 8408  df-pm 8409  df-ixp 8462  df-en 8510  df-dom 8511  df-sdom 8512  df-fin 8513  df-fsupp 8834  df-fi 8875  df-sup 8906  df-inf 8907  df-oi 8974  df-card 9368  df-pnf 10677  df-mnf 10678  df-xr 10679  df-ltxr 10680  df-le 10681  df-sub 10872  df-neg 10873  df-div 11298  df-nn 11639  df-2 11701  df-3 11702  df-4 11703  df-5 11704  df-6 11705  df-7 11706  df-8 11707  df-9 11708  df-n0 11899  df-z 11983  df-dec 12100  df-uz 12245  df-q 12350  df-rp 12391  df-xneg 12508  df-xadd 12509  df-xmul 12510  df-ioo 12743  df-ico 12745  df-icc 12746  df-fz 12894  df-fzo 13035  df-fl 13163  df-seq 13371  df-exp 13431  df-fac 13635  df-bc 13664  df-hash 13692  df-shft 14426  df-cj 14458  df-re 14459  df-im 14460  df-sqrt 14594  df-abs 14595  df-limsup 14828  df-clim 14845  df-rlim 14846  df-sum 15043  df-ef 15421  df-struct 16485  df-ndx 16486  df-slot 16487  df-base 16489  df-sets 16490  df-ress 16491  df-plusg 16578  df-mulr 16579  df-starv 16580  df-sca 16581  df-vsca 16582  df-ip 16583  df-tset 16584  df-ple 16585  df-ds 16587  df-unif 16588  df-hom 16589  df-cco 16590  df-rest 16696  df-topn 16697  df-0g 16715  df-gsum 16716  df-topgen 16717  df-pt 16718  df-prds 16721  df-xrs 16775  df-qtop 16780  df-imas 16781  df-xps 16783  df-mre 16857  df-mrc 16858  df-acs 16860  df-mgm 17852  df-sgrp 17901  df-mnd 17912  df-submnd 17957  df-mulg 18225  df-cntz 18447  df-cmn 18908  df-psmet 20537  df-xmet 20538  df-met 20539  df-bl 20540  df-mopn 20541  df-fbas 20542  df-fg 20543  df-cnfld 20546  df-top 21502  df-topon 21519  df-topsp 21541  df-bases 21554  df-cld 21627  df-ntr 21628  df-cls 21629  df-nei 21706  df-lp 21744  df-perf 21745  df-cn 21835  df-cnp 21836  df-haus 21923  df-tx 22170  df-hmeo 22363  df-fil 22454  df-fm 22546  df-flim 22547  df-flf 22548  df-xms 22930  df-ms 22931  df-tms 22932  df-cncf 23486  df-limc 24464  df-dv 24465

This theorem is referenced by:  reefiso  25036  efcvx  25037  reefgim  25038  eff1olem  25132  dfrelog  25149  relogf1o  25150  dvrelog  25220