Theorem expcllem 13721

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 12165	. 2 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ0 ↔ (𝐵 ∈ ℕ ∨ 𝐵 = 0))
2		oveq2 7263	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 1 → (𝐴↑𝑧) = (𝐴↑1))
3	2	eleq1d 2823	. . . . . 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 7263	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 𝑤 → (𝐴↑𝑧) = (𝐴↑𝑤))
6	5	eleq1d 2823	. . . . . 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 7263	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = (𝑤 + 1) → (𝐴↑𝑧) = (𝐴↑(𝑤 + 1)))
9	8	eleq1d 2823	. . . . . 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 7263	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 𝐵 → (𝐴↑𝑧) = (𝐴↑𝐵))
12	11	eleq1d 2823	. . . . . 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 3913	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → 𝐴 ∈ ℂ)
16		exp1 13716	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴↑1) = 𝐴)
17	15, 16	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑1) = 𝐴)
18	17	eleq1d 2823	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → ((𝐴↑1) ∈ 𝐹 ↔ 𝐴 ∈ 𝐹))
19	18	ibir 267	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑1) ∈ 𝐹)
20		expcllem.2	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ 𝐹) → (𝑥 · 𝑦) ∈ 𝐹)
21	20	caovcl 7444	. . . . . . . . . . 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 711	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑤 ∈ ℕ) ∧ (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹) → ((𝐴↑𝑤) · 𝐴) ∈ 𝐹)
24		nnnn0 12170	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑤 ∈ ℕ → 𝑤 ∈ ℕ0)
25		expp1 13717	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑤 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑤 + 1)) = ((𝐴↑𝑤) · 𝐴))
26	15, 24, 25	syl2an 595	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑤 ∈ ℕ) → (𝐴↑(𝑤 + 1)) = ((𝐴↑𝑤) · 𝐴))
27	26	eleq1d 2823	. . . . . . . . . 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 256	. . . . . . . 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 11921	. . . 4 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ → (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹))
34	33	impcom 407	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)
35		oveq2 7263	. . . . 5 ⊢ (𝐵 = 0 → (𝐴↑𝐵) = (𝐴↑0))
36		exp0 13714	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴↑0) = 1)
37	15, 36	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑0) = 1)
38	35, 37	sylan9eqr 2801	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝐵 = 0) → (𝐴↑𝐵) = 1)
39		expcllem.3	. . . 4 ⊢ 1 ∈ 𝐹
40	38, 39	eqeltrdi 2847	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝐵 = 0) → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)
41	34, 40	jaodan 954	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ (𝐵 ∈ ℕ ∨ 𝐵 = 0)) → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)
42	1, 41	sylan2b 593	1 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝐵 ∈ ℕ0) → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 395   ∨ wo 843   = wceq 1539   ∈ wcel 2108   ⊆ wss 3883  (class class class)co 7255  ℂcc 10800  0cc0 10802  1c1 10803   + caddc 10805   · cmul 10807  ℕcn 11903  ℕ₀cn0 12163  ↑cexp 13710

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-iun 4923  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-om 7688  df-2nd 7805  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-er 8456  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-nn 11904  df-n0 12164  df-z 12250  df-uz 12512  df-seq 13650  df-exp 13711

This theorem is referenced by:  expcl2lem  13722  nnexpcl  13723  nn0expcl  13724  zexpcl  13725  qexpcl  13726  reexpcl  13727  expcl  13728  expge0  13747  expge1  13748  lgsfcl2  26356