Theorem expghmap 14925

Description: Exponentiation is a group homomorphism from addition to multiplication. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Jun-2015.) (Revised by AV, 10-Jun-2019.) (Revised by Jim Kingdon, 11-Sep-2025.)

Hypotheses

Ref	Expression
expghm.m	|- M = (mulGrp ` ℂfld )
expghmap.u	|- U = ( M ↾s { z e. CC | z # 0 } )

Assertion

Ref	Expression
expghmap	|- ( ( A e. CC /\ A # 0 ) -> ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) e. (ℤring GrpHom U ) )

Distinct variable group:   x, A, z

Allowed substitution hints:   U( x, z)   M( x, z)

Proof of Theorem expghmap

Dummy variables r s u v are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		expclzaplem 10983	. . . 4 |- ( ( A e. CC /\ A # 0 /\ x e. ZZ ) -> ( A ^ x ) e. { z e. CC | z # 0 } )
2	1	3expa 1234	. . 3 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ x e. ZZ ) -> ( A ^ x ) e. { z e. CC | z # 0 } )
3	2	fmpttd 5857	. 2 |- ( ( A e. CC /\ A # 0 ) -> ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) : ZZ --> { z e. CC | z # 0 } )
4		expaddzap 11003	. . . . 5 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> ( A ^ ( u + v ) ) = ( ( A ^ u ) x. ( A ^ v ) ) )
5		eqid 2238	. . . . . 6 |- ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) = ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) )
6		oveq2 6087	. . . . . 6 |- ( x = ( u + v ) -> ( A ^ x ) = ( A ^ ( u + v ) ) )
7		zaddcl 9667	. . . . . . 7 |- ( ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) -> ( u + v ) e. ZZ )
8	7	adantl 277	. . . . . 6 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> ( u + v ) e. ZZ )
9		simpll 531	. . . . . . 7 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> A e. CC )
10		simplr 533	. . . . . . 7 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> A # 0 )
11	9, 10, 8	expclzapd 11099	. . . . . 6 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> ( A ^ ( u + v ) ) e. CC )
12	5, 6, 8, 11	fvmptd3 5796	. . . . 5 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` ( u + v ) ) = ( A ^ ( u + v ) ) )
13		oveq2 6087	. . . . . . 7 |- ( x = u -> ( A ^ x ) = ( A ^ u ) )
14		simprl 535	. . . . . . 7 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> u e. ZZ )
15	9, 10, 14	expclzapd 11099	. . . . . . 7 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> ( A ^ u ) e. CC )
16	5, 13, 14, 15	fvmptd3 5796	. . . . . 6 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) = ( A ^ u ) )
17		oveq2 6087	. . . . . . 7 |- ( x = v -> ( A ^ x ) = ( A ^ v ) )
18		simprr 537	. . . . . . 7 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> v e. ZZ )
19	9, 10, 18	expclzapd 11099	. . . . . . 7 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> ( A ^ v ) e. CC )
20	5, 17, 18, 19	fvmptd3 5796	. . . . . 6 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) = ( A ^ v ) )
21	16, 20	oveq12d 6097	. . . . 5 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) x. ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) = ( ( A ^ u ) x. ( A ^ v ) ) )
22	4, 12, 21	3eqtr4d 2281	. . . 4 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ ( u e. ZZ /\ v e. ZZ ) ) -> ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` ( u + v ) ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) x. ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) )
23	22	ralrimivva 2632	. . 3 |- ( ( A e. CC /\ A # 0 ) -> A. u e. ZZ A. v e. ZZ ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` ( u + v ) ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) x. ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) )
24		simplr 533	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ u e. ZZ ) /\ v e. ZZ ) -> u e. ZZ )
25	15	anassrs 404	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ u e. ZZ ) /\ v e. ZZ ) -> ( A ^ u ) e. CC )
26	5, 13, 24, 25	fvmptd3 5796	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ u e. ZZ ) /\ v e. ZZ ) -> ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) = ( A ^ u ) )
27	26, 25	eqeltrd 2315	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ u e. ZZ ) /\ v e. ZZ ) -> ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) e. CC )
28		simpr 110	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ u e. ZZ ) /\ v e. ZZ ) -> v e. ZZ )
29	19	anassrs 404	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ u e. ZZ ) /\ v e. ZZ ) -> ( A ^ v ) e. CC )
30	5, 17, 28, 29	fvmptd3 5796	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ u e. ZZ ) /\ v e. ZZ ) -> ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) = ( A ^ v ) )
31	30, 29	eqeltrd 2315	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ u e. ZZ ) /\ v e. ZZ ) -> ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) e. CC )
32	27, 31	mulcld 8340	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ u e. ZZ ) /\ v e. ZZ ) -> ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) x. ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) e. CC )
33		oveq1 6086	. . . . . . . 8 |- ( r = ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) -> ( r x. s ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) x. s ) )
34		oveq2 6087	. . . . . . . 8 |- ( s = ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) -> ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) x. s ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) x. ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) )
35		eqid 2238	. . . . . . . 8 |- ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) = ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) )
36	33, 34, 35	ovmpog 6217	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) e. CC /\ ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) e. CC /\ ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) x. ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) e. CC ) -> ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) x. ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) )
37	27, 31, 32, 36	syl3anc 1278	. . . . . 6 |- ( ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ u e. ZZ ) /\ v e. ZZ ) -> ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) x. ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) )
38	37	eqeq2d 2250	. . . . 5 |- ( ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ u e. ZZ ) /\ v e. ZZ ) -> ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` ( u + v ) ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) <-> ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` ( u + v ) ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) x. ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) ) )
39	38	ralbidva 2546	. . . 4 |- ( ( ( A e. CC /\ A # 0 ) /\ u e. ZZ ) -> ( A. v e. ZZ ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` ( u + v ) ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) <-> A. v e. ZZ ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` ( u + v ) ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) x. ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) ) )
40	39	ralbidva 2546	. . 3 |- ( ( A e. CC /\ A # 0 ) -> ( A. u e. ZZ A. v e. ZZ ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` ( u + v ) ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) <-> A. u e. ZZ A. v e. ZZ ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` ( u + v ) ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) x. ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) ) )
41	23, 40	mpbird 167	. 2 |- ( ( A e. CC /\ A # 0 ) -> A. u e. ZZ A. v e. ZZ ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` ( u + v ) ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) )
42		zringgrp 14913	. . . 4 |- ℤring e. Grp
43		cnring 14890	. . . . 5 |- ℂfld e. Ring
44		cnfldui 14907	. . . . . 6 |- { z e. CC | z # 0 } = (Unit ` ℂfld )
45		expghmap.u	. . . . . . 7 |- U = ( M ↾s { z e. CC | z # 0 } )
46		expghm.m	. . . . . . . 8 |- M = (mulGrp ` ℂfld )
47	46	oveq1i 6089	. . . . . . 7 |- ( M ↾s { z e. CC | z # 0 } ) = ( (mulGrp ` ℂfld ) ↾s { z e. CC | z # 0 } )
48	45, 47	eqtri 2259	. . . . . 6 |- U = ( (mulGrp ` ℂfld ) ↾s { z e. CC | z # 0 } )
49	44, 48	unitgrp 14406	. . . . 5 |- (ℂfld e. Ring -> U e. Grp )
50	43, 49	ax-mp 5	. . . 4 |- U e. Grp
51	42, 50	pm3.2i 272	. . 3 |- (ℤring e. Grp /\ U e. Grp )
52		zringbas 14914	. . . 4 |- ZZ = ( Base ` ℤring )
53	45	a1i 9	. . . . . 6 |- ( T. -> U = ( M ↾s { z e. CC | z # 0 } ) )
54		cnfldbas 14880	. . . . . . . 8 |- CC = ( Base ` ℂfld )
55	46, 54	mgpbasg 14207	. . . . . . 7 |- (ℂfld e. Ring -> CC = ( Base ` M ) )
56	43, 55	mp1i 10	. . . . . 6 |- ( T. -> CC = ( Base ` M ) )
57	46	mgpex 14206	. . . . . . 7 |- (ℂfld e. Ring -> M e. _V )
58	43, 57	mp1i 10	. . . . . 6 |- ( T. -> M e. _V )
59		apsscn 8969	. . . . . . 7 |- { z e. CC | z # 0 } C_ CC
60	59	a1i 9	. . . . . 6 |- ( T. -> { z e. CC | z # 0 } C_ CC )
61	53, 56, 58, 60	ressbas2d 13405	. . . . 5 |- ( T. -> { z e. CC | z # 0 } = ( Base ` U ) )
62	61	mptru 1411	. . . 4 |- { z e. CC | z # 0 } = ( Base ` U )
63		zringplusg 14915	. . . 4 |- + = ( +g ` ℤring )
64		mpocnfldmul 14883	. . . . . . . 8 |- ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) = ( .r ` ℂfld )
65	46, 64	mgpplusgg 14204	. . . . . . 7 |- (ℂfld e. Ring -> ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) = ( +g ` M ) )
66	43, 65	mp1i 10	. . . . . 6 |- ( T. -> ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) = ( +g ` M ) )
67		cnex 8297	. . . . . . . 8 |- CC e. _V
68	67	rabex 4278	. . . . . . 7 |- { z e. CC | z # 0 } e. _V
69	68	a1i 9	. . . . . 6 |- ( T. -> { z e. CC | z # 0 } e. _V )
70	53, 66, 69, 58	ressplusgd 13466	. . . . 5 |- ( T. -> ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) = ( +g ` U ) )
71	70	mptru 1411	. . . 4 |- ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) = ( +g ` U )
72	52, 62, 63, 71	isghm 14029	. . 3 |- ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) e. (ℤring GrpHom U ) <-> ( (ℤring e. Grp /\ U e. Grp ) /\ ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) : ZZ --> { z e. CC | z # 0 } /\ A. u e. ZZ A. v e. ZZ ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` ( u + v ) ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) ) ) )
73	51, 72	mpbiran 953	. 2 |- ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) e. (ℤring GrpHom U ) <-> ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) : ZZ --> { z e. CC | z # 0 } /\ A. u e. ZZ A. v e. ZZ ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` ( u + v ) ) = ( ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` u ) ( r e. CC , s e. CC |-> ( r x. s ) ) ( ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) ` v ) ) ) )
74	3, 41, 73	sylanbrc 421	1 |- ( ( A e. CC /\ A # 0 ) -> ( x e. ZZ |-> ( A ^ x ) ) e. (ℤring GrpHom U ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   = wceq 1402   T. wtru 1403   e. wcel 2209   A.wral 2528   {crab 2532   _Vcvv 2821   C_ wss 3220   class class class wbr 4128   |-> cmpt 4190   -->wf 5371   ` cfv 5375  (class class class)co 6079   e. cmpo 6081   CCcc 8171   0cc0 8173   + caddc 8176   x. cmul 8178   # cap 8903   ZZcz 9627   ^cexp 10958   Basecbs 13335   ↾_s cress 13336   +g cplusg 13414   Grpcgrp 13788   GrpHom cghm 14026  mulGrpcmgp 14200   Ringcrg 14283  ℂ_fldccnfld 14876  ℤ_ringczring 14908

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 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4244  ax-sep 4247  ax-nul 4257  ax-pow 4309  ax-pr 4344  ax-un 4576  ax-setind 4682  ax-iinf 4733  ax-cnex 8264  ax-resscn 8265  ax-1cn 8266  ax-1re 8267  ax-icn 8268  ax-addcl 8269  ax-addrcl 8270  ax-mulcl 8271  ax-mulrcl 8272  ax-addcom 8273  ax-mulcom 8274  ax-addass 8275  ax-mulass 8276  ax-distr 8277  ax-i2m1 8278  ax-0lt1 8279  ax-1rid 8280  ax-0id 8281  ax-rnegex 8282  ax-precex 8283  ax-cnre 8284  ax-pre-ltirr 8285  ax-pre-ltwlin 8286  ax-pre-lttrn 8287  ax-pre-apti 8288  ax-pre-ltadd 8289  ax-pre-mulgt0 8290  ax-pre-mulext 8291  ax-addf 8295  ax-mulf 8296

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2516  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rmo 2536  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-if 3639  df-pw 3690  df-sn 3714  df-pr 3715  df-tp 3716  df-op 3717  df-uni 3934  df-int 3969  df-iun 4012  df-br 4129  df-opab 4191  df-mpt 4192  df-tr 4228  df-id 4436  df-po 4439  df-iso 4440  df-iord 4509  df-on 4511  df-ilim 4512  df-suc 4514  df-iom 4736  df-xp 4778  df-rel 4779  df-cnv 4780  df-co 4781  df-dm 4782  df-rn 4783  df-res 4784  df-ima 4785  df-iota 5335  df-fun 5377  df-fn 5378  df-f 5379  df-f1 5380  df-fo 5381  df-f1o 5382  df-fv 5383  df-riota 6032  df-ov 6082  df-oprab 6083  df-mpo 6084  df-1st 6368  df-2nd 6369  df-tpos 6510  df-recs 6570  df-frec 6656  df-pnf 8356  df-mnf 8357  df-xr 8358  df-ltxr 8359  df-le 8360  df-sub 8493  df-neg 8494  df-reap 8897  df-ap 8904  df-div 8997  df-inn 9288  df-2 9346  df-3 9347  df-4 9348  df-5 9349  df-6 9350  df-7 9351  df-8 9352  df-9 9353  df-n0 9547  df-z 9628  df-dec 9761  df-uz 9905  df-rp 10038  df-fz 10395  df-seqfrec 10868  df-exp 10959  df-cj 11590  df-abs 11748  df-struct 13337  df-ndx 13338  df-slot 13339  df-base 13341  df-sets 13342  df-iress 13343  df-plusg 13427  df-mulr 13428  df-starv 13429  df-tset 13433  df-ple 13434  df-ds 13436  df-unif 13437  df-0g 13595  df-topgen 13597  df-mgm 13659  df-sgrp 13700  df-mnd 13713  df-grp 13791  df-minusg 13792  df-subg 13956  df-ghm 14027  df-cmn 14072  df-abl 14073  df-mgp 14201  df-ur 14246  df-srg 14251  df-ring 14285  df-cring 14286  df-oppr 14356  df-dvdsr 14378  df-unit 14379  df-subrg 14510  df-bl 14866  df-mopn 14867  df-fg 14869  df-metu 14870  df-cnfld 14877  df-zring 14909

This theorem is referenced by:  lgseisenlem4  16175