Theorem efieq1re 12198

Description: A number whose imaginary exponential is one is real. (Contributed by NM, 21-Aug-2008.)

Assertion

Ref	Expression
efieq1re	|- ( ( A e. CC /\ ( exp ` ( _i x. A ) ) = 1 ) -> A e. RR )

Proof of Theorem efieq1re

Step	Hyp	Ref	Expression
1		replim 11285	. . . . . . . . 9 |- ( A e. CC -> A = ( ( Re ` A ) + ( _i x. ( Im ` A ) ) ) )
2	1	oveq2d 5983	. . . . . . . 8 |- ( A e. CC -> ( _i x. A ) = ( _i x. ( ( Re ` A ) + ( _i x. ( Im ` A ) ) ) ) )
3		recl 11279	. . . . . . . . . . 11 |- ( A e. CC -> ( Re ` A ) e. RR )
4	3	recnd 8136	. . . . . . . . . 10 |- ( A e. CC -> ( Re ` A ) e. CC )
5		ax-icn 8055	. . . . . . . . . . 11 |- _i e. CC
6		imcl 11280	. . . . . . . . . . . 12 |- ( A e. CC -> ( Im ` A ) e. RR )
7	6	recnd 8136	. . . . . . . . . . 11 |- ( A e. CC -> ( Im ` A ) e. CC )
8		mulcl 8087	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( _i e. CC /\ ( Im ` A ) e. CC ) -> ( _i x. ( Im ` A ) ) e. CC )
9	5, 7, 8	sylancr 414	. . . . . . . . . 10 |- ( A e. CC -> ( _i x. ( Im ` A ) ) e. CC )
10		adddi 8092	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( _i e. CC /\ ( Re ` A ) e. CC /\ ( _i x. ( Im ` A ) ) e. CC ) -> ( _i x. ( ( Re ` A ) + ( _i x. ( Im ` A ) ) ) ) = ( ( _i x. ( Re ` A ) ) + ( _i x. ( _i x. ( Im ` A ) ) ) ) )
11	5, 10	mp3an1 1337	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( Re ` A ) e. CC /\ ( _i x. ( Im ` A ) ) e. CC ) -> ( _i x. ( ( Re ` A ) + ( _i x. ( Im ` A ) ) ) ) = ( ( _i x. ( Re ` A ) ) + ( _i x. ( _i x. ( Im ` A ) ) ) ) )
12	4, 9, 11	syl2anc 411	. . . . . . . . 9 |- ( A e. CC -> ( _i x. ( ( Re ` A ) + ( _i x. ( Im ` A ) ) ) ) = ( ( _i x. ( Re ` A ) ) + ( _i x. ( _i x. ( Im ` A ) ) ) ) )
13		ixi 8691	. . . . . . . . . . . 12 |- ( _i x. _i ) = -u 1
14	13	oveq1i 5977	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( _i x. _i ) x. ( Im ` A ) ) = ( -u 1 x. ( Im ` A ) )
15		mulass 8091	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( _i e. CC /\ _i e. CC /\ ( Im ` A ) e. CC ) -> ( ( _i x. _i ) x. ( Im ` A ) ) = ( _i x. ( _i x. ( Im ` A ) ) ) )
16	5, 5, 15	mp3an12 1340	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( Im ` A ) e. CC -> ( ( _i x. _i ) x. ( Im ` A ) ) = ( _i x. ( _i x. ( Im ` A ) ) ) )
17	7, 16	syl 14	. . . . . . . . . . 11 |- ( A e. CC -> ( ( _i x. _i ) x. ( Im ` A ) ) = ( _i x. ( _i x. ( Im ` A ) ) ) )
18	7	mulm1d 8517	. . . . . . . . . . 11 |- ( A e. CC -> ( -u 1 x. ( Im ` A ) ) = -u ( Im ` A ) )
19	14, 17, 18	3eqtr3a 2264	. . . . . . . . . 10 |- ( A e. CC -> ( _i x. ( _i x. ( Im ` A ) ) ) = -u ( Im ` A ) )
20	19	oveq2d 5983	. . . . . . . . 9 |- ( A e. CC -> ( ( _i x. ( Re ` A ) ) + ( _i x. ( _i x. ( Im ` A ) ) ) ) = ( ( _i x. ( Re ` A ) ) + -u ( Im ` A ) ) )
21	12, 20	eqtrd 2240	. . . . . . . 8 |- ( A e. CC -> ( _i x. ( ( Re ` A ) + ( _i x. ( Im ` A ) ) ) ) = ( ( _i x. ( Re ` A ) ) + -u ( Im ` A ) ) )
22	2, 21	eqtrd 2240	. . . . . . 7 |- ( A e. CC -> ( _i x. A ) = ( ( _i x. ( Re ` A ) ) + -u ( Im ` A ) ) )
23	22	fveq2d 5603	. . . . . 6 |- ( A e. CC -> ( exp ` ( _i x. A ) ) = ( exp ` ( ( _i x. ( Re ` A ) ) + -u ( Im ` A ) ) ) )
24		mulcl 8087	. . . . . . . 8 |- ( ( _i e. CC /\ ( Re ` A ) e. CC ) -> ( _i x. ( Re ` A ) ) e. CC )
25	5, 4, 24	sylancr 414	. . . . . . 7 |- ( A e. CC -> ( _i x. ( Re ` A ) ) e. CC )
26	6	renegcld 8487	. . . . . . . 8 |- ( A e. CC -> -u ( Im ` A ) e. RR )
27	26	recnd 8136	. . . . . . 7 |- ( A e. CC -> -u ( Im ` A ) e. CC )
28		efadd 12101	. . . . . . 7 |- ( ( ( _i x. ( Re ` A ) ) e. CC /\ -u ( Im ` A ) e. CC ) -> ( exp ` ( ( _i x. ( Re ` A ) ) + -u ( Im ` A ) ) ) = ( ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) x. ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) )
29	25, 27, 28	syl2anc 411	. . . . . 6 |- ( A e. CC -> ( exp ` ( ( _i x. ( Re ` A ) ) + -u ( Im ` A ) ) ) = ( ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) x. ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) )
30	23, 29	eqtrd 2240	. . . . 5 |- ( A e. CC -> ( exp ` ( _i x. A ) ) = ( ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) x. ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) )
31	30	eqeq1d 2216	. . . 4 |- ( A e. CC -> ( ( exp ` ( _i x. A ) ) = 1 <-> ( ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) x. ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) = 1 ) )
32		efcl 12090	. . . . . . . . 9 |- ( ( _i x. ( Re ` A ) ) e. CC -> ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) e. CC )
33	25, 32	syl 14	. . . . . . . 8 |- ( A e. CC -> ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) e. CC )
34		efcl 12090	. . . . . . . . 9 |- ( -u ( Im ` A ) e. CC -> ( exp ` -u ( Im ` A ) ) e. CC )
35	27, 34	syl 14	. . . . . . . 8 |- ( A e. CC -> ( exp ` -u ( Im ` A ) ) e. CC )
36	33, 35	absmuld 11620	. . . . . . 7 |- ( A e. CC -> ( abs ` ( ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) x. ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) ) = ( ( abs ` ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) ) x. ( abs ` ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) ) )
37		absefi 12195	. . . . . . . . 9 |- ( ( Re ` A ) e. RR -> ( abs ` ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) ) = 1 )
38	3, 37	syl 14	. . . . . . . 8 |- ( A e. CC -> ( abs ` ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) ) = 1 )
39	26	reefcld 12095	. . . . . . . . 9 |- ( A e. CC -> ( exp ` -u ( Im ` A ) ) e. RR )
40		efgt0 12110	. . . . . . . . . . 11 |- ( -u ( Im ` A ) e. RR -> 0 < ( exp ` -u ( Im ` A ) ) )
41	26, 40	syl 14	. . . . . . . . . 10 |- ( A e. CC -> 0 < ( exp ` -u ( Im ` A ) ) )
42		0re 8107	. . . . . . . . . . 11 |- 0 e. RR
43		ltle 8195	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( 0 e. RR /\ ( exp ` -u ( Im ` A ) ) e. RR ) -> ( 0 < ( exp ` -u ( Im ` A ) ) -> 0 <_ ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) )
44	42, 43	mpan 424	. . . . . . . . . 10 |- ( ( exp ` -u ( Im ` A ) ) e. RR -> ( 0 < ( exp ` -u ( Im ` A ) ) -> 0 <_ ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) )
45	39, 41, 44	sylc 62	. . . . . . . . 9 |- ( A e. CC -> 0 <_ ( exp ` -u ( Im ` A ) ) )
46	39, 45	absidd 11593	. . . . . . . 8 |- ( A e. CC -> ( abs ` ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) = ( exp ` -u ( Im ` A ) ) )
47	38, 46	oveq12d 5985	. . . . . . 7 |- ( A e. CC -> ( ( abs ` ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) ) x. ( abs ` ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) ) = ( 1 x. ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) )
48	35	mulid2d 8126	. . . . . . 7 |- ( A e. CC -> ( 1 x. ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) = ( exp ` -u ( Im ` A ) ) )
49	36, 47, 48	3eqtrrd 2245	. . . . . 6 |- ( A e. CC -> ( exp ` -u ( Im ` A ) ) = ( abs ` ( ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) x. ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) ) )
50		fveq2 5599	. . . . . 6 |- ( ( ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) x. ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) = 1 -> ( abs ` ( ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) x. ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) ) = ( abs ` 1 ) )
51	49, 50	sylan9eq 2260	. . . . 5 |- ( ( A e. CC /\ ( ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) x. ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) = 1 ) -> ( exp ` -u ( Im ` A ) ) = ( abs ` 1 ) )
52	51	ex 115	. . . 4 |- ( A e. CC -> ( ( ( exp ` ( _i x. ( Re ` A ) ) ) x. ( exp ` -u ( Im ` A ) ) ) = 1 -> ( exp ` -u ( Im ` A ) ) = ( abs ` 1 ) ) )
53	31, 52	sylbid 150	. . 3 |- ( A e. CC -> ( ( exp ` ( _i x. A ) ) = 1 -> ( exp ` -u ( Im ` A ) ) = ( abs ` 1 ) ) )
54	7	negeq0d 8410	. . . 4 |- ( A e. CC -> ( ( Im ` A ) = 0 <-> -u ( Im ` A ) = 0 ) )
55		reim0b 11288	. . . 4 |- ( A e. CC -> ( A e. RR <-> ( Im ` A ) = 0 ) )
56		ef0 12098	. . . . . . 7 |- ( exp ` 0 ) = 1
57		abs1 11498	. . . . . . 7 |- ( abs ` 1 ) = 1
58	56, 57	eqtr4i 2231	. . . . . 6 |- ( exp ` 0 ) = ( abs ` 1 )
59	58	eqeq2i 2218	. . . . 5 |- ( ( exp ` -u ( Im ` A ) ) = ( exp ` 0 ) <-> ( exp ` -u ( Im ` A ) ) = ( abs ` 1 ) )
60		reef11 12125	. . . . . 6 |- ( ( -u ( Im ` A ) e. RR /\ 0 e. RR ) -> ( ( exp ` -u ( Im ` A ) ) = ( exp ` 0 ) <-> -u ( Im ` A ) = 0 ) )
61	26, 42, 60	sylancl 413	. . . . 5 |- ( A e. CC -> ( ( exp ` -u ( Im ` A ) ) = ( exp ` 0 ) <-> -u ( Im ` A ) = 0 ) )
62	59, 61	bitr3id 194	. . . 4 |- ( A e. CC -> ( ( exp ` -u ( Im ` A ) ) = ( abs ` 1 ) <-> -u ( Im ` A ) = 0 ) )
63	54, 55, 62	3bitr4rd 221	. . 3 |- ( A e. CC -> ( ( exp ` -u ( Im ` A ) ) = ( abs ` 1 ) <-> A e. RR ) )
64	53, 63	sylibd 149	. 2 |- ( A e. CC -> ( ( exp ` ( _i x. A ) ) = 1 -> A e. RR ) )
65	64	imp 124	1 |- ( ( A e. CC /\ ( exp ` ( _i x. A ) ) = 1 ) -> A e. RR )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   = wceq 1373   e. wcel 2178   class class class wbr 4059   ` cfv 5290  (class class class)co 5967   CCcc 7958   RRcr 7959   0cc0 7960   1c1 7961   _ici 7962   + caddc 7963   x. cmul 7965   < clt 8142   <_ cle 8143   -ucneg 8279   Recre 11266   Imcim 11267   abscabs 11423   expce 12068

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 615  ax-in2 616  ax-io 711  ax-5 1471  ax-7 1472  ax-gen 1473  ax-ie1 1517  ax-ie2 1518  ax-8 1528  ax-10 1529  ax-11 1530  ax-i12 1531  ax-bndl 1533  ax-4 1534  ax-17 1550  ax-i9 1554  ax-ial 1558  ax-i5r 1559  ax-13 2180  ax-14 2181  ax-ext 2189  ax-coll 4175  ax-sep 4178  ax-nul 4186  ax-pow 4234  ax-pr 4269  ax-un 4498  ax-setind 4603  ax-iinf 4654  ax-cnex 8051  ax-resscn 8052  ax-1cn 8053  ax-1re 8054  ax-icn 8055  ax-addcl 8056  ax-addrcl 8057  ax-mulcl 8058  ax-mulrcl 8059  ax-addcom 8060  ax-mulcom 8061  ax-addass 8062  ax-mulass 8063  ax-distr 8064  ax-i2m1 8065  ax-0lt1 8066  ax-1rid 8067  ax-0id 8068  ax-rnegex 8069  ax-precex 8070  ax-cnre 8071  ax-pre-ltirr 8072  ax-pre-ltwlin 8073  ax-pre-lttrn 8074  ax-pre-apti 8075  ax-pre-ltadd 8076  ax-pre-mulgt0 8077  ax-pre-mulext 8078  ax-arch 8079  ax-caucvg 8080

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 837  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1485  df-sb 1787  df-eu 2058  df-mo 2059  df-clab 2194  df-cleq 2200  df-clel 2203  df-nfc 2339  df-ne 2379  df-nel 2474  df-ral 2491  df-rex 2492  df-reu 2493  df-rmo 2494  df-rab 2495  df-v 2778  df-sbc 3006  df-csb 3102  df-dif 3176  df-un 3178  df-in 3180  df-ss 3187  df-nul 3469  df-if 3580  df-pw 3628  df-sn 3649  df-pr 3650  df-op 3652  df-uni 3865  df-int 3900  df-iun 3943  df-disj 4036  df-br 4060  df-opab 4122  df-mpt 4123  df-tr 4159  df-id 4358  df-po 4361  df-iso 4362  df-iord 4431  df-on 4433  df-ilim 4434  df-suc 4436  df-iom 4657  df-xp 4699  df-rel 4700  df-cnv 4701  df-co 4702  df-dm 4703  df-rn 4704  df-res 4705  df-ima 4706  df-iota 5251  df-fun 5292  df-fn 5293  df-f 5294  df-f1 5295  df-fo 5296  df-f1o 5297  df-fv 5298  df-isom 5299  df-riota 5922  df-ov 5970  df-oprab 5971  df-mpo 5972  df-1st 6249  df-2nd 6250  df-recs 6414  df-irdg 6479  df-frec 6500  df-1o 6525  df-oadd 6529  df-er 6643  df-en 6851  df-dom 6852  df-fin 6853  df-sup 7112  df-pnf 8144  df-mnf 8145  df-xr 8146  df-ltxr 8147  df-le 8148  df-sub 8280  df-neg 8281  df-reap 8683  df-ap 8690  df-div 8781  df-inn 9072  df-2 9130  df-3 9131  df-4 9132  df-n0 9331  df-z 9408  df-uz 9684  df-q 9776  df-rp 9811  df-ico 10051  df-fz 10166  df-fzo 10300  df-seqfrec 10630  df-exp 10721  df-fac 10908  df-bc 10930  df-ihash 10958  df-cj 11268  df-re 11269  df-im 11270  df-rsqrt 11424  df-abs 11425  df-clim 11705  df-sumdc 11780  df-ef 12074  df-sin 12076  df-cos 12077

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