Theorem efnthr 16193

Description: An equation involving an 𝑁-th power. The expression exp(2πi / 𝑁) is a way to write the primitive 𝑁-th root of unity with the smallest positive argument. We could write it as -1↑_𝑐(2 / 𝑁) except that we only support positive real numbers as the base for ↑_𝑐. The converse is presumably also provable but we do not have a proof yet. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Apr-2015.) (Revised by Jim Kingdon, 18-Sep-2026.)

Assertion

Ref	Expression
efnthr	⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) → (∃𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))𝐴 = ((𝐵↑𝑐(1 / 𝑁)) · ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛)) → (𝐴↑𝑁) = 𝐵))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑛   𝐵,𝑛   𝑛,𝑁

Proof of Theorem efnthr

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simp3 1030	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) → 𝐵 ∈ ℝ+)
2		nnrecre 9350	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (1 / 𝑁) ∈ ℝ)
3	2	3ad2ant2 1050	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) → (1 / 𝑁) ∈ ℝ)
4	1, 3	rpcxpcld 16185	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) → (𝐵↑𝑐(1 / 𝑁)) ∈ ℝ+)
5	4	adantr 276	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (𝐵↑𝑐(1 / 𝑁)) ∈ ℝ+)
6	5	rpcnd 10115	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (𝐵↑𝑐(1 / 𝑁)) ∈ ℂ)
7		ax-icn 8280	. . . . . . . . . 10 ⊢ i ∈ ℂ
8		2cn 9384	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 2 ∈ ℂ
9		picn 16031	. . . . . . . . . . 11 ⊢ π ∈ ℂ
10	8, 9	mulcli 8337	. . . . . . . . . 10 ⊢ (2 · π) ∈ ℂ
11	7, 10	mulcli 8337	. . . . . . . . 9 ⊢ (i · (2 · π)) ∈ ℂ
12	11	a1i 9	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) → (i · (2 · π)) ∈ ℂ)
13		nncn 9321	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℂ)
14	13	3ad2ant2 1050	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) → 𝑁 ∈ ℂ)
15		nnap0 9342	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 # 0)
16	15	3ad2ant2 1050	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) → 𝑁 # 0)
17	12, 14, 16	divclapd 9128	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) → ((i · (2 · π)) / 𝑁) ∈ ℂ)
18		efcl 12455	. . . . . . 7 ⊢ (((i · (2 · π)) / 𝑁) ∈ ℂ → (exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁)) ∈ ℂ)
19	17, 18	syl 14	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) → (exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁)) ∈ ℂ)
20		elfznn0 10537	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1)) → 𝑛 ∈ ℕ0)
21		expcl 11014	. . . . . 6 ⊢ (((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁)) ∈ ℂ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛) ∈ ℂ)
22	19, 20, 21	syl2an 289	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛) ∈ ℂ)
23		simpl2 1032	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 𝑁 ∈ ℕ)
24	23	nnnn0d 9629	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 𝑁 ∈ ℕ0)
25	6, 22, 24	mulexpd 11146	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (((𝐵↑𝑐(1 / 𝑁)) · ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛))↑𝑁) = (((𝐵↑𝑐(1 / 𝑁))↑𝑁) · (((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛)↑𝑁)))
26	1	adantr 276	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 𝐵 ∈ ℝ+)
27		rpcxproot 16164	. . . . . 6 ⊢ ((𝐵 ∈ ℝ+ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝐵↑𝑐(1 / 𝑁))↑𝑁) = 𝐵)
28	26, 23, 27	syl2anc 415	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → ((𝐵↑𝑐(1 / 𝑁))↑𝑁) = 𝐵)
29	20	adantl 277	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 𝑛 ∈ ℕ0)
30	29	nn0cnd 9631	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 𝑛 ∈ ℂ)
31	23	nncnd 9327	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 𝑁 ∈ ℂ)
32	30, 31	mulcomd 8353	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (𝑛 · 𝑁) = (𝑁 · 𝑛))
33	32	oveq2d 6104	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑(𝑛 · 𝑁)) = ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑(𝑁 · 𝑛)))
34	19	adantr 276	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁)) ∈ ℂ)
35	34, 24, 29	expmuld 11134	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑(𝑛 · 𝑁)) = (((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛)↑𝑁))
36	34, 29, 24	expmuld 11134	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑(𝑁 · 𝑛)) = (((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑁)↑𝑛))
37	33, 35, 36	3eqtr3d 2279	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛)↑𝑁) = (((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑁)↑𝑛))
38		root1idef 16101	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑁) = 1)
39	23, 38	syl 14	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑁) = 1)
40	39	oveq1d 6103	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑁)↑𝑛) = (1↑𝑛))
41		elfzelz 10444	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1)) → 𝑛 ∈ ℤ)
42	41	adantl 277	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 𝑛 ∈ ℤ)
43		1exp 11025	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℤ → (1↑𝑛) = 1)
44	42, 43	syl 14	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (1↑𝑛) = 1)
45	37, 40, 44	3eqtrd 2275	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛)↑𝑁) = 1)
46	28, 45	oveq12d 6106	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (((𝐵↑𝑐(1 / 𝑁))↑𝑁) · (((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛)↑𝑁)) = (𝐵 · 1))
47	26	rpcnd 10115	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 𝐵 ∈ ℂ)
48	47	mulridd 8349	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (𝐵 · 1) = 𝐵)
49	25, 46, 48	3eqtrd 2275	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (((𝐵↑𝑐(1 / 𝑁)) · ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛))↑𝑁) = 𝐵)
50		oveq1 6095	. . . 4 ⊢ (𝐴 = ((𝐵↑𝑐(1 / 𝑁)) · ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛)) → (𝐴↑𝑁) = (((𝐵↑𝑐(1 / 𝑁)) · ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛))↑𝑁))
51	50	eqeq1d 2247	. . 3 ⊢ (𝐴 = ((𝐵↑𝑐(1 / 𝑁)) · ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛)) → ((𝐴↑𝑁) = 𝐵 ↔ (((𝐵↑𝑐(1 / 𝑁)) · ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛))↑𝑁) = 𝐵))
52	49, 51	syl5ibrcom 157	. 2 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (𝐴 = ((𝐵↑𝑐(1 / 𝑁)) · ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛)) → (𝐴↑𝑁) = 𝐵))
53	52	rexlimdva 2668	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) → (∃𝑛 ∈ (0...(𝑁 − 1))𝐴 = ((𝐵↑𝑐(1 / 𝑁)) · ((exp‘((i · (2 · π)) / 𝑁))↑𝑛)) → (𝐴↑𝑁) = 𝐵))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 104   ∧ w3a 1009   = wceq 1402   ∈ wcel 2209  ∃wrex 2529   class class class wbr 4131  ‘cfv 5380  (class class class)co 6088  ℂcc 8183  ℝcr 8184  0cc0 8185  1c1 8186  ici 8187   · cmul 8190   − cmin 8504   # cap 8917   / cdiv 9010  ℕcn 9313  2c2 9364  ℕ₀cn0 9574  ℤcz 9653  ℝ⁺crp 10070  ...cfz 10427  ↑cexp 10995  expce 12433  πcpi 12438  ↑_𝑐ccxp 16103

This proof depends on 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 4248  ax-sep 4251  ax-nul 4261  ax-pow 4313  ax-pr 4348  ax-un 4580  ax-setind 4686  ax-iinf 4737  ax-cnex 8276  ax-resscn 8277  ax-1cn 8278  ax-1re 8279  ax-icn 8280  ax-addcl 8281  ax-addrcl 8282  ax-mulcl 8283  ax-mulrcl 8284  ax-addcom 8285  ax-mulcom 8286  ax-addass 8287  ax-mulass 8288  ax-distr 8289  ax-i2m1 8290  ax-0lt1 8291  ax-1rid 8292  ax-0id 8293  ax-rnegex 8294  ax-precex 8295  ax-cnre 8296  ax-pre-ltirr 8297  ax-pre-ltwlin 8298  ax-pre-lttrn 8299  ax-pre-apti 8300  ax-pre-ltadd 8301  ax-pre-mulgt0 8302  ax-pre-mulext 8303  ax-arch 8304  ax-caucvg 8305  ax-pre-suploc 8306  ax-addf 8307  ax-mulf 8308

This proof depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 843  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 3715  df-pr 3716  df-op 3718  df-uni 3936  df-int 3971  df-iun 4014  df-disj 4107  df-br 4132  df-opab 4194  df-mpt 4195  df-tr 4232  df-id 4440  df-po 4443  df-iso 4444  df-iord 4513  df-on 4515  df-ilim 4516  df-suc 4518  df-iom 4740  df-xp 4782  df-rel 4783  df-cnv 4784  df-co 4785  df-dm 4786  df-rn 4787  df-res 4788  df-ima 4789  df-iota 5340  df-fun 5382  df-fn 5383  df-f 5384  df-f1 5385  df-fo 5386  df-f1o 5387  df-fv 5388  df-isom 5389  df-riota 6041  df-ov 6091  df-oprab 6092  df-mpo 6093  df-of 6305  df-1st 6378  df-2nd 6379  df-recs 6581  df-irdg 6646  df-frec 6667  df-1o 6692  df-oadd 6696  df-er 6812  df-map 6929  df-pm 6930  df-en 7029  df-dom 7030  df-fin 7031  df-sup 7330  df-inf 7331  df-pnf 8368  df-mnf 8369  df-xr 8370  df-ltxr 8371  df-le 8372  df-sub 8506  df-neg 8507  df-reap 8911  df-ap 8918  df-div 9011  df-inn 9314  df-2 9372  df-3 9373  df-4 9374  df-5 9375  df-6 9376  df-7 9377  df-8 9378  df-9 9379  df-n0 9575  df-z 9654  df-uz 9937  df-q 10035  df-rp 10071  df-xneg 10190  df-xadd 10191  df-ioo 10310  df-ioc 10311  df-ico 10312  df-icc 10313  df-fz 10428  df-fzo 10566  df-seqfrec 10905  df-exp 10996  df-fac 11185  df-bc 11207  df-ihash 11236  df-shft 11601  df-cj 11628  df-re 11629  df-im 11630  df-rsqrt 11785  df-abs 11786  df-clim 12069  df-sumdc 12144  df-ef 12439  df-e 12440  df-sin 12441  df-cos 12442  df-pi 12444  df-rest 13653  df-topgen 13672  df-psmet 14988  df-xmet 14989  df-met 14990  df-bl 14991  df-mopn 14992  df-top 15241  df-topon 15254  df-bases 15286  df-ntr 15339  df-cn 15431  df-cnp 15432  df-tx 15496  df-cncf 15814  df-limced 15899  df-dvap 15900  df-relog 16104  df-rpcxp 16105

This theorem is used by: (None)