Theorem efexp 11425

Description: The exponential of an integer power. Corollary 15-4.4 of [Gleason] p. 309, restricted to integers. (Contributed by NM, 13-Jan-2006.) (Revised by Mario Carneiro, 5-Jun-2014.)

Assertion

Ref	Expression
efexp	⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (exp‘(𝑁 · 𝐴)) = ((exp‘𝐴)↑𝑁))

Proof of Theorem efexp

Dummy variables 𝑗 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		zcn 9083	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℂ)
2		mulcom 7773	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℂ) → (𝐴 · 𝑁) = (𝑁 · 𝐴))
3	1, 2	sylan2 284	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝐴 · 𝑁) = (𝑁 · 𝐴))
4	3	fveq2d 5433	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (exp‘(𝐴 · 𝑁)) = (exp‘(𝑁 · 𝐴)))
5		oveq2 5790	. . . . . 6 ⊢ (𝑗 = 0 → (𝐴 · 𝑗) = (𝐴 · 0))
6	5	fveq2d 5433	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = 0 → (exp‘(𝐴 · 𝑗)) = (exp‘(𝐴 · 0)))
7		oveq2 5790	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = 0 → ((exp‘𝐴)↑𝑗) = ((exp‘𝐴)↑0))
8	6, 7	eqeq12d 2155	. . . 4 ⊢ (𝑗 = 0 → ((exp‘(𝐴 · 𝑗)) = ((exp‘𝐴)↑𝑗) ↔ (exp‘(𝐴 · 0)) = ((exp‘𝐴)↑0)))
9		oveq2 5790	. . . . . 6 ⊢ (𝑗 = 𝑘 → (𝐴 · 𝑗) = (𝐴 · 𝑘))
10	9	fveq2d 5433	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = 𝑘 → (exp‘(𝐴 · 𝑗)) = (exp‘(𝐴 · 𝑘)))
11		oveq2 5790	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = 𝑘 → ((exp‘𝐴)↑𝑗) = ((exp‘𝐴)↑𝑘))
12	10, 11	eqeq12d 2155	. . . 4 ⊢ (𝑗 = 𝑘 → ((exp‘(𝐴 · 𝑗)) = ((exp‘𝐴)↑𝑗) ↔ (exp‘(𝐴 · 𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑𝑘)))
13		oveq2 5790	. . . . . 6 ⊢ (𝑗 = (𝑘 + 1) → (𝐴 · 𝑗) = (𝐴 · (𝑘 + 1)))
14	13	fveq2d 5433	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = (𝑘 + 1) → (exp‘(𝐴 · 𝑗)) = (exp‘(𝐴 · (𝑘 + 1))))
15		oveq2 5790	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = (𝑘 + 1) → ((exp‘𝐴)↑𝑗) = ((exp‘𝐴)↑(𝑘 + 1)))
16	14, 15	eqeq12d 2155	. . . 4 ⊢ (𝑗 = (𝑘 + 1) → ((exp‘(𝐴 · 𝑗)) = ((exp‘𝐴)↑𝑗) ↔ (exp‘(𝐴 · (𝑘 + 1))) = ((exp‘𝐴)↑(𝑘 + 1))))
17		oveq2 5790	. . . . . 6 ⊢ (𝑗 = -𝑘 → (𝐴 · 𝑗) = (𝐴 · -𝑘))
18	17	fveq2d 5433	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = -𝑘 → (exp‘(𝐴 · 𝑗)) = (exp‘(𝐴 · -𝑘)))
19		oveq2 5790	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = -𝑘 → ((exp‘𝐴)↑𝑗) = ((exp‘𝐴)↑-𝑘))
20	18, 19	eqeq12d 2155	. . . 4 ⊢ (𝑗 = -𝑘 → ((exp‘(𝐴 · 𝑗)) = ((exp‘𝐴)↑𝑗) ↔ (exp‘(𝐴 · -𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑-𝑘)))
21		oveq2 5790	. . . . . 6 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → (𝐴 · 𝑗) = (𝐴 · 𝑁))
22	21	fveq2d 5433	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → (exp‘(𝐴 · 𝑗)) = (exp‘(𝐴 · 𝑁)))
23		oveq2 5790	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → ((exp‘𝐴)↑𝑗) = ((exp‘𝐴)↑𝑁))
24	22, 23	eqeq12d 2155	. . . 4 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → ((exp‘(𝐴 · 𝑗)) = ((exp‘𝐴)↑𝑗) ↔ (exp‘(𝐴 · 𝑁)) = ((exp‘𝐴)↑𝑁)))
25		ef0 11415	. . . . 5 ⊢ (exp‘0) = 1
26		mul01 8175	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴 · 0) = 0)
27	26	fveq2d 5433	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (exp‘(𝐴 · 0)) = (exp‘0))
28		efcl 11407	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (exp‘𝐴) ∈ ℂ)
29	28	exp0d 10449	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((exp‘𝐴)↑0) = 1)
30	25, 27, 29	3eqtr4a 2199	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (exp‘(𝐴 · 0)) = ((exp‘𝐴)↑0))
31		oveq1 5789	. . . . . . 7 ⊢ ((exp‘(𝐴 · 𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑𝑘) → ((exp‘(𝐴 · 𝑘)) · (exp‘𝐴)) = (((exp‘𝐴)↑𝑘) · (exp‘𝐴)))
32	31	adantl 275	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (exp‘(𝐴 · 𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑𝑘)) → ((exp‘(𝐴 · 𝑘)) · (exp‘𝐴)) = (((exp‘𝐴)↑𝑘) · (exp‘𝐴)))
33		nn0cn 9011	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → 𝑘 ∈ ℂ)
34		ax-1cn 7737	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 1 ∈ ℂ
35		adddi 7776	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → (𝐴 · (𝑘 + 1)) = ((𝐴 · 𝑘) + (𝐴 · 1)))
36	34, 35	mp3an3 1305	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℂ) → (𝐴 · (𝑘 + 1)) = ((𝐴 · 𝑘) + (𝐴 · 1)))
37		mulid1 7787	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴 · 1) = 𝐴)
38	37	adantr 274	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℂ) → (𝐴 · 1) = 𝐴)
39	38	oveq2d 5798	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℂ) → ((𝐴 · 𝑘) + (𝐴 · 1)) = ((𝐴 · 𝑘) + 𝐴))
40	36, 39	eqtrd 2173	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℂ) → (𝐴 · (𝑘 + 1)) = ((𝐴 · 𝑘) + 𝐴))
41	33, 40	sylan2 284	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐴 · (𝑘 + 1)) = ((𝐴 · 𝑘) + 𝐴))
42	41	fveq2d 5433	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (exp‘(𝐴 · (𝑘 + 1))) = (exp‘((𝐴 · 𝑘) + 𝐴)))
43		mulcl 7771	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℂ) → (𝐴 · 𝑘) ∈ ℂ)
44	33, 43	sylan2 284	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐴 · 𝑘) ∈ ℂ)
45		simpl 108	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝐴 ∈ ℂ)
46		efadd 11418	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 · 𝑘) ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → (exp‘((𝐴 · 𝑘) + 𝐴)) = ((exp‘(𝐴 · 𝑘)) · (exp‘𝐴)))
47	44, 45, 46	syl2anc 409	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (exp‘((𝐴 · 𝑘) + 𝐴)) = ((exp‘(𝐴 · 𝑘)) · (exp‘𝐴)))
48	42, 47	eqtrd 2173	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (exp‘(𝐴 · (𝑘 + 1))) = ((exp‘(𝐴 · 𝑘)) · (exp‘𝐴)))
49	48	adantr 274	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (exp‘(𝐴 · 𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑𝑘)) → (exp‘(𝐴 · (𝑘 + 1))) = ((exp‘(𝐴 · 𝑘)) · (exp‘𝐴)))
50		expp1 10331	. . . . . . . 8 ⊢ (((exp‘𝐴) ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((exp‘𝐴)↑(𝑘 + 1)) = (((exp‘𝐴)↑𝑘) · (exp‘𝐴)))
51	28, 50	sylan 281	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((exp‘𝐴)↑(𝑘 + 1)) = (((exp‘𝐴)↑𝑘) · (exp‘𝐴)))
52	51	adantr 274	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (exp‘(𝐴 · 𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑𝑘)) → ((exp‘𝐴)↑(𝑘 + 1)) = (((exp‘𝐴)↑𝑘) · (exp‘𝐴)))
53	32, 49, 52	3eqtr4d 2183	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (exp‘(𝐴 · 𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑𝑘)) → (exp‘(𝐴 · (𝑘 + 1))) = ((exp‘𝐴)↑(𝑘 + 1)))
54	53	exp31 362	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝑘 ∈ ℕ0 → ((exp‘(𝐴 · 𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑𝑘) → (exp‘(𝐴 · (𝑘 + 1))) = ((exp‘𝐴)↑(𝑘 + 1)))))
55		oveq2 5790	. . . . . 6 ⊢ ((exp‘(𝐴 · 𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑𝑘) → (1 / (exp‘(𝐴 · 𝑘))) = (1 / ((exp‘𝐴)↑𝑘)))
56		nncn 8752	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℂ)
57		mulneg2 8182	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℂ) → (𝐴 · -𝑘) = -(𝐴 · 𝑘))
58	56, 57	sylan2 284	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐴 · -𝑘) = -(𝐴 · 𝑘))
59	58	fveq2d 5433	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (exp‘(𝐴 · -𝑘)) = (exp‘-(𝐴 · 𝑘)))
60	56, 43	sylan2 284	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐴 · 𝑘) ∈ ℂ)
61		efneg 11422	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 · 𝑘) ∈ ℂ → (exp‘-(𝐴 · 𝑘)) = (1 / (exp‘(𝐴 · 𝑘))))
62	60, 61	syl 14	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (exp‘-(𝐴 · 𝑘)) = (1 / (exp‘(𝐴 · 𝑘))))
63	59, 62	eqtrd 2173	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (exp‘(𝐴 · -𝑘)) = (1 / (exp‘(𝐴 · 𝑘))))
64		efap0 11420	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (exp‘𝐴) # 0)
65		nnnn0 9008	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℕ0)
66		expnegap0 10332	. . . . . . . 8 ⊢ (((exp‘𝐴) ∈ ℂ ∧ (exp‘𝐴) # 0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((exp‘𝐴)↑-𝑘) = (1 / ((exp‘𝐴)↑𝑘)))
67	28, 64, 65, 66	syl2an3an 1277	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((exp‘𝐴)↑-𝑘) = (1 / ((exp‘𝐴)↑𝑘)))
68	63, 67	eqeq12d 2155	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((exp‘(𝐴 · -𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑-𝑘) ↔ (1 / (exp‘(𝐴 · 𝑘))) = (1 / ((exp‘𝐴)↑𝑘))))
69	55, 68	syl5ibr 155	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((exp‘(𝐴 · 𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑𝑘) → (exp‘(𝐴 · -𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑-𝑘)))
70	69	ex 114	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝑘 ∈ ℕ → ((exp‘(𝐴 · 𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑𝑘) → (exp‘(𝐴 · -𝑘)) = ((exp‘𝐴)↑-𝑘))))
71	8, 12, 16, 20, 24, 30, 54, 70	zindd 9193	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝑁 ∈ ℤ → (exp‘(𝐴 · 𝑁)) = ((exp‘𝐴)↑𝑁)))
72	71	imp 123	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (exp‘(𝐴 · 𝑁)) = ((exp‘𝐴)↑𝑁))
73	4, 72	eqtr3d 2175	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (exp‘(𝑁 · 𝐴)) = ((exp‘𝐴)↑𝑁))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   = wceq 1332   ∈ wcel 1481   class class class wbr 3937  ‘cfv 5131  (class class class)co 5782  ℂcc 7642  0cc0 7644  1c1 7645   + caddc 7647   · cmul 7649  -cneg 7958   # cap 8367   / cdiv 8456  ℕcn 8744  ℕ₀cn0 9001  ℤcz 9078  ↑cexp 10323  expce 11385

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1424  ax-7 1425  ax-gen 1426  ax-ie1 1470  ax-ie2 1471  ax-8 1483  ax-10 1484  ax-11 1485  ax-i12 1486  ax-bndl 1487  ax-4 1488  ax-13 1492  ax-14 1493  ax-17 1507  ax-i9 1511  ax-ial 1515  ax-i5r 1516  ax-ext 2122  ax-coll 4051  ax-sep 4054  ax-nul 4062  ax-pow 4106  ax-pr 4139  ax-un 4363  ax-setind 4460  ax-iinf 4510  ax-cnex 7735  ax-resscn 7736  ax-1cn 7737  ax-1re 7738  ax-icn 7739  ax-addcl 7740  ax-addrcl 7741  ax-mulcl 7742  ax-mulrcl 7743  ax-addcom 7744  ax-mulcom 7745  ax-addass 7746  ax-mulass 7747  ax-distr 7748  ax-i2m1 7749  ax-0lt1 7750  ax-1rid 7751  ax-0id 7752  ax-rnegex 7753  ax-precex 7754  ax-cnre 7755  ax-pre-ltirr 7756  ax-pre-ltwlin 7757  ax-pre-lttrn 7758  ax-pre-apti 7759  ax-pre-ltadd 7760  ax-pre-mulgt0 7761  ax-pre-mulext 7762  ax-arch 7763  ax-caucvg 7764

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 821  df-3or 964  df-3an 965  df-tru 1335  df-fal 1338  df-nf 1438  df-sb 1737  df-eu 2003  df-mo 2004  df-clab 2127  df-cleq 2133  df-clel 2136  df-nfc 2271  df-ne 2310  df-nel 2405  df-ral 2422  df-rex 2423  df-reu 2424  df-rmo 2425  df-rab 2426  df-v 2691  df-sbc 2914  df-csb 3008  df-dif 3078  df-un 3080  df-in 3082  df-ss 3089  df-nul 3369  df-if 3480  df-pw 3517  df-sn 3538  df-pr 3539  df-op 3541  df-uni 3745  df-int 3780  df-iun 3823  df-disj 3915  df-br 3938  df-opab 3998  df-mpt 3999  df-tr 4035  df-id 4223  df-po 4226  df-iso 4227  df-iord 4296  df-on 4298  df-ilim 4299  df-suc 4301  df-iom 4513  df-xp 4553  df-rel 4554  df-cnv 4555  df-co 4556  df-dm 4557  df-rn 4558  df-res 4559  df-ima 4560  df-iota 5096  df-fun 5133  df-fn 5134  df-f 5135  df-f1 5136  df-fo 5137  df-f1o 5138  df-fv 5139  df-isom 5140  df-riota 5738  df-ov 5785  df-oprab 5786  df-mpo 5787  df-1st 6046  df-2nd 6047  df-recs 6210  df-irdg 6275  df-frec 6296  df-1o 6321  df-oadd 6325  df-er 6437  df-en 6643  df-dom 6644  df-fin 6645  df-sup 6879  df-pnf 7826  df-mnf 7827  df-xr 7828  df-ltxr 7829  df-le 7830  df-sub 7959  df-neg 7960  df-reap 8361  df-ap 8368  df-div 8457  df-inn 8745  df-2 8803  df-3 8804  df-4 8805  df-n0 9002  df-z 9079  df-uz 9351  df-q 9439  df-rp 9471  df-ico 9707  df-fz 9822  df-fzo 9951  df-seqfrec 10250  df-exp 10324  df-fac 10504  df-bc 10526  df-ihash 10554  df-cj 10646  df-re 10647  df-im 10648  df-rsqrt 10802  df-abs 10803  df-clim 11080  df-sumdc 11155  df-ef 11391

This theorem is referenced by:  efzval  11426  efgt0  11427  tanval3ap  11457  demoivre  11515  ef2kpi  12935  reexplog  13000  relogexp  13001