Theorem expcllem 13989

Description: Lemma for proving nonnegative integer exponentiation closure laws. (Contributed by NM, 14-Dec-2005.)

Hypotheses

Ref	Expression
expcllem.1	⊢ 𝐹 ⊆ ℂ
expcllem.2	⊢ ((𝑥 ∈ 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ 𝐹) → (𝑥 · 𝑦) ∈ 𝐹)
expcllem.3	⊢ 1 ∈ 𝐹

Assertion

Ref	Expression
expcllem	⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝐵 ∈ ℕ0) → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐴   𝑥,𝐵   𝑥,𝐹,𝑦

Allowed substitution hint:   𝐵(𝑦)

Proof of Theorem expcllem

Dummy variables 𝑧 𝑤 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		elnn0 12393	. 2 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ0 ↔ (𝐵 ∈ ℕ ∨ 𝐵 = 0))
2		oveq2 7363	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 1 → (𝐴↑𝑧) = (𝐴↑1))
3	2	eleq1d 2818	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = 1 → ((𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹 ↔ (𝐴↑1) ∈ 𝐹))
4	3	imbi2d 340	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 1 → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹) ↔ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑1) ∈ 𝐹)))
5		oveq2 7363	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 𝑤 → (𝐴↑𝑧) = (𝐴↑𝑤))
6	5	eleq1d 2818	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = 𝑤 → ((𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹 ↔ (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹))
7	6	imbi2d 340	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 𝑤 → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹) ↔ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹)))
8		oveq2 7363	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = (𝑤 + 1) → (𝐴↑𝑧) = (𝐴↑(𝑤 + 1)))
9	8	eleq1d 2818	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = (𝑤 + 1) → ((𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹 ↔ (𝐴↑(𝑤 + 1)) ∈ 𝐹))
10	9	imbi2d 340	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = (𝑤 + 1) → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹) ↔ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑(𝑤 + 1)) ∈ 𝐹)))
11		oveq2 7363	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 𝐵 → (𝐴↑𝑧) = (𝐴↑𝐵))
12	11	eleq1d 2818	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = 𝐵 → ((𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹 ↔ (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹))
13	12	imbi2d 340	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 𝐵 → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹) ↔ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)))
14		expcllem.1	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐹 ⊆ ℂ
15	14	sseli 3927	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → 𝐴 ∈ ℂ)
16		exp1 13984	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴↑1) = 𝐴)
17	15, 16	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑1) = 𝐴)
18	17	eleq1d 2818	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → ((𝐴↑1) ∈ 𝐹 ↔ 𝐴 ∈ 𝐹))
19	18	ibir 268	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑1) ∈ 𝐹)
20		expcllem.2	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ 𝐹) → (𝑥 · 𝑦) ∈ 𝐹)
21	20	caovcl 7549	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹 ∧ 𝐴 ∈ 𝐹) → ((𝐴↑𝑤) · 𝐴) ∈ 𝐹)
22	21	ancoms 458	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹) → ((𝐴↑𝑤) · 𝐴) ∈ 𝐹)
23	22	adantlr 715	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑤 ∈ ℕ) ∧ (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹) → ((𝐴↑𝑤) · 𝐴) ∈ 𝐹)
24		nnnn0 12398	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑤 ∈ ℕ → 𝑤 ∈ ℕ0)
25		expp1 13985	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑤 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑤 + 1)) = ((𝐴↑𝑤) · 𝐴))
26	15, 24, 25	syl2an 596	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑤 ∈ ℕ) → (𝐴↑(𝑤 + 1)) = ((𝐴↑𝑤) · 𝐴))
27	26	eleq1d 2818	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑤 ∈ ℕ) → ((𝐴↑(𝑤 + 1)) ∈ 𝐹 ↔ ((𝐴↑𝑤) · 𝐴) ∈ 𝐹))
28	27	adantr 480	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑤 ∈ ℕ) ∧ (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹) → ((𝐴↑(𝑤 + 1)) ∈ 𝐹 ↔ ((𝐴↑𝑤) · 𝐴) ∈ 𝐹))
29	23, 28	mpbird 257	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑤 ∈ ℕ) ∧ (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹) → (𝐴↑(𝑤 + 1)) ∈ 𝐹)
30	29	exp31 419	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝑤 ∈ ℕ → ((𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹 → (𝐴↑(𝑤 + 1)) ∈ 𝐹)))
31	30	com12 32	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 ∈ ℕ → (𝐴 ∈ 𝐹 → ((𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹 → (𝐴↑(𝑤 + 1)) ∈ 𝐹)))
32	31	a2d 29	. . . . 5 ⊢ (𝑤 ∈ ℕ → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹) → (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑(𝑤 + 1)) ∈ 𝐹)))
33	4, 7, 10, 13, 19, 32	nnind 12153	. . . 4 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ → (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹))
34	33	impcom 407	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)
35		oveq2 7363	. . . . 5 ⊢ (𝐵 = 0 → (𝐴↑𝐵) = (𝐴↑0))
36		exp0 13982	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴↑0) = 1)
37	15, 36	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑0) = 1)
38	35, 37	sylan9eqr 2790	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝐵 = 0) → (𝐴↑𝐵) = 1)
39		expcllem.3	. . . 4 ⊢ 1 ∈ 𝐹
40	38, 39	eqeltrdi 2841	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝐵 = 0) → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)
41	34, 40	jaodan 959	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ (𝐵 ∈ ℕ ∨ 𝐵 = 0)) → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)
42	1, 41	sylan2b 594	1 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝐵 ∈ ℕ0) → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∨ wo 847   = wceq 1541   ∈ wcel 2113   ⊆ wss 3899  (class class class)co 7355  ℂcc 11014  0cc0 11016  1c1 11017   + caddc 11019   · cmul 11021  ℕcn 12135  ℕ₀cn0 12391  ↑cexp 13978

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 1968  ax-7 2009  ax-8 2115  ax-9 2123  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2182  ax-ext 2705  ax-sep 5238  ax-nul 5248  ax-pow 5307  ax-pr 5374  ax-un 7677  ax-cnex 11072  ax-resscn 11073  ax-1cn 11074  ax-icn 11075  ax-addcl 11076  ax-addrcl 11077  ax-mulcl 11078  ax-mulrcl 11079  ax-mulcom 11080  ax-addass 11081  ax-mulass 11082  ax-distr 11083  ax-i2m1 11084  ax-1ne0 11085  ax-1rid 11086  ax-rnegex 11087  ax-rrecex 11088  ax-cnre 11089  ax-pre-lttri 11090  ax-pre-lttrn 11091  ax-pre-ltadd 11092  ax-pre-mulgt0 11093

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2068  df-mo 2537  df-eu 2566  df-clab 2712  df-cleq 2725  df-clel 2808  df-nfc 2883  df-ne 2931  df-nel 3035  df-ral 3050  df-rex 3059  df-reu 3349  df-rab 3398  df-v 3440  df-sbc 3739  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4285  df-if 4477  df-pw 4553  df-sn 4578  df-pr 4580  df-op 4584  df-uni 4861  df-iun 4945  df-br 5096  df-opab 5158  df-mpt 5177  df-tr 5203  df-id 5516  df-eprel 5521  df-po 5529  df-so 5530  df-fr 5574  df-we 5576  df-xp 5627  df-rel 5628  df-cnv 5629  df-co 5630  df-dm 5631  df-rn 5632  df-res 5633  df-ima 5634  df-pred 6256  df-ord 6317  df-on 6318  df-lim 6319  df-suc 6320  df-iota 6445  df-fun 6491  df-fn 6492  df-f 6493  df-f1 6494  df-fo 6495  df-f1o 6496  df-fv 6497  df-riota 7312  df-ov 7358  df-oprab 7359  df-mpo 7360  df-om 7806  df-2nd 7931  df-frecs 8220  df-wrecs 8251  df-recs 8300  df-rdg 8338  df-er 8631  df-en 8879  df-dom 8880  df-sdom 8881  df-pnf 11158  df-mnf 11159  df-xr 11160  df-ltxr 11161  df-le 11162  df-sub 11356  df-neg 11357  df-nn 12136  df-n0 12392  df-z 12479  df-uz 12743  df-seq 13919  df-exp 13979

This theorem is referenced by:  expcl2lem  13990  nnexpcl  13991  nn0expcl  13992  zexpcl  13993  qexpcl  13994  reexpcl  13995  expcl  13996  expge0  14015  expge1  14016  lgsfcl2  27251