MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  expcn Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem expcn 24839
Description: The power function on complex numbers, for fixed exponent 𝑁, is continuous. (Contributed by Mario Carneiro, 5-May-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 23-Aug-2014.) Avoid ax-mulf 11118. (Revised by GG, 16-Mar-2025.)
Hypothesis
Ref Expression
expcn.j 𝐽 = (TopOpen‘ℂfld)
Assertion
Ref Expression
expcn (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑁)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐽   𝑥,𝑁

Proof of Theorem expcn
Dummy variables 𝑘 𝑛 𝑢 𝑣 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 oveq2 7375 . . . 4 (𝑛 = 0 → (𝑥𝑛) = (𝑥↑0))
21mpteq2dv 5179 . . 3 (𝑛 = 0 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑛)) = (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑0)))
32eleq1d 2821 . 2 (𝑛 = 0 → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑛)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽) ↔ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑0)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)))
4 oveq2 7375 . . . 4 (𝑛 = 𝑘 → (𝑥𝑛) = (𝑥𝑘))
54mpteq2dv 5179 . . 3 (𝑛 = 𝑘 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑛)) = (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)))
65eleq1d 2821 . 2 (𝑛 = 𝑘 → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑛)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽) ↔ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)))
7 oveq2 7375 . . . 4 (𝑛 = (𝑘 + 1) → (𝑥𝑛) = (𝑥↑(𝑘 + 1)))
87mpteq2dv 5179 . . 3 (𝑛 = (𝑘 + 1) → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑛)) = (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑘 + 1))))
98eleq1d 2821 . 2 (𝑛 = (𝑘 + 1) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑛)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽) ↔ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑘 + 1))) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)))
10 oveq2 7375 . . . 4 (𝑛 = 𝑁 → (𝑥𝑛) = (𝑥𝑁))
1110mpteq2dv 5179 . . 3 (𝑛 = 𝑁 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑛)) = (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑁)))
1211eleq1d 2821 . 2 (𝑛 = 𝑁 → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑛)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽) ↔ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑁)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)))
13 exp0 14027 . . . 4 (𝑥 ∈ ℂ → (𝑥↑0) = 1)
1413mpteq2ia 5180 . . 3 (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑0)) = (𝑥 ∈ ℂ ↦ 1)
15 expcn.j . . . . . . 7 𝐽 = (TopOpen‘ℂfld)
1615cnfldtopon 24747 . . . . . 6 𝐽 ∈ (TopOn‘ℂ)
1716a1i 11 . . . . 5 (⊤ → 𝐽 ∈ (TopOn‘ℂ))
18 1cnd 11139 . . . . 5 (⊤ → 1 ∈ ℂ)
1917, 17, 18cnmptc 23627 . . . 4 (⊤ → (𝑥 ∈ ℂ ↦ 1) ∈ (𝐽 Cn 𝐽))
2019mptru 1549 . . 3 (𝑥 ∈ ℂ ↦ 1) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)
2114, 20eqeltri 2832 . 2 (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑0)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)
22 oveq1 7374 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑛 → (𝑥↑(𝑘 + 1)) = (𝑛↑(𝑘 + 1)))
2322cbvmptv 5189 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑘 + 1))) = (𝑛 ∈ ℂ ↦ (𝑛↑(𝑘 + 1)))
24 id 22 . . . . . . 7 (𝑛 ∈ ℂ → 𝑛 ∈ ℂ)
25 simpl 482 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
26 expp1 14030 . . . . . . . 8 ((𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑛↑(𝑘 + 1)) = ((𝑛𝑘) · 𝑛))
27 expcl 14041 . . . . . . . . 9 ((𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑛𝑘) ∈ ℂ)
28 simpl 482 . . . . . . . . 9 ((𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑛 ∈ ℂ)
29 ovmpot 7528 . . . . . . . . 9 (((𝑛𝑘) ∈ ℂ ∧ 𝑛 ∈ ℂ) → ((𝑛𝑘)(𝑢 ∈ ℂ, 𝑣 ∈ ℂ ↦ (𝑢 · 𝑣))𝑛) = ((𝑛𝑘) · 𝑛))
3027, 28, 29syl2anc 585 . . . . . . . 8 ((𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑛𝑘)(𝑢 ∈ ℂ, 𝑣 ∈ ℂ ↦ (𝑢 · 𝑣))𝑛) = ((𝑛𝑘) · 𝑛))
3126, 30eqtr4d 2774 . . . . . . 7 ((𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑛↑(𝑘 + 1)) = ((𝑛𝑘)(𝑢 ∈ ℂ, 𝑣 ∈ ℂ ↦ (𝑢 · 𝑣))𝑛))
3224, 25, 31syl2anr 598 . . . . . 6 (((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)) ∧ 𝑛 ∈ ℂ) → (𝑛↑(𝑘 + 1)) = ((𝑛𝑘)(𝑢 ∈ ℂ, 𝑣 ∈ ℂ ↦ (𝑢 · 𝑣))𝑛))
3332mpteq2dva 5178 . . . . 5 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)) → (𝑛 ∈ ℂ ↦ (𝑛↑(𝑘 + 1))) = (𝑛 ∈ ℂ ↦ ((𝑛𝑘)(𝑢 ∈ ℂ, 𝑣 ∈ ℂ ↦ (𝑢 · 𝑣))𝑛)))
3423, 33eqtrid 2783 . . . 4 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)) → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑘 + 1))) = (𝑛 ∈ ℂ ↦ ((𝑛𝑘)(𝑢 ∈ ℂ, 𝑣 ∈ ℂ ↦ (𝑢 · 𝑣))𝑛)))
3516a1i 11 . . . . 5 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)) → 𝐽 ∈ (TopOn‘ℂ))
36 oveq1 7374 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑛 → (𝑥𝑘) = (𝑛𝑘))
3736cbvmptv 5189 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) = (𝑛 ∈ ℂ ↦ (𝑛𝑘))
38 simpr 484 . . . . . 6 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)) → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽))
3937, 38eqeltrrid 2841 . . . . 5 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)) → (𝑛 ∈ ℂ ↦ (𝑛𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽))
4035cnmptid 23626 . . . . 5 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)) → (𝑛 ∈ ℂ ↦ 𝑛) ∈ (𝐽 Cn 𝐽))
4115mpomulcn 24834 . . . . . 6 (𝑢 ∈ ℂ, 𝑣 ∈ ℂ ↦ (𝑢 · 𝑣)) ∈ ((𝐽 ×t 𝐽) Cn 𝐽)
4241a1i 11 . . . . 5 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)) → (𝑢 ∈ ℂ, 𝑣 ∈ ℂ ↦ (𝑢 · 𝑣)) ∈ ((𝐽 ×t 𝐽) Cn 𝐽))
4335, 39, 40, 42cnmpt12f 23631 . . . 4 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)) → (𝑛 ∈ ℂ ↦ ((𝑛𝑘)(𝑢 ∈ ℂ, 𝑣 ∈ ℂ ↦ (𝑢 · 𝑣))𝑛)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽))
4434, 43eqeltrd 2836 . . 3 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)) → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑘 + 1))) ∈ (𝐽 Cn 𝐽))
4544ex 412 . 2 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽) → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑘 + 1))) ∈ (𝐽 Cn 𝐽)))
463, 6, 9, 12, 21, 45nn0ind 12624 1 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑁)) ∈ (𝐽 Cn 𝐽))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395   = wceq 1542  wtru 1543  wcel 2114  cmpt 5166  cfv 6498  (class class class)co 7367  cmpo 7369  cc 11036  0cc0 11038  1c1 11039   + caddc 11041   · cmul 11043  0cn0 12437  cexp 14023  TopOpenctopn 17384  fldccnfld 21352  TopOnctopon 22875   Cn ccn 23189   ×t ctx 23525
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2708  ax-rep 5212  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5307  ax-pr 5375  ax-un 7689  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115  ax-pre-sup 11116
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3062  df-rmo 3342  df-reu 3343  df-rab 3390  df-v 3431  df-sbc 3729  df-csb 3838  df-dif 3892  df-un 3894  df-in 3896  df-ss 3906  df-pss 3909  df-nul 4274  df-if 4467  df-pw 4543  df-sn 4568  df-pr 4570  df-tp 4572  df-op 4574  df-uni 4851  df-int 4890  df-iun 4935  df-iin 4936  df-br 5086  df-opab 5148  df-mpt 5167  df-tr 5193  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-se 5585  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6265  df-ord 6326  df-on 6327  df-lim 6328  df-suc 6329  df-iota 6454  df-fun 6500  df-fn 6501  df-f 6502  df-f1 6503  df-fo 6504  df-f1o 6505  df-fv 6506  df-isom 6507  df-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-of 7631  df-om 7818  df-1st 7942  df-2nd 7943  df-supp 8111  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-1o 8405  df-2o 8406  df-er 8643  df-map 8775  df-ixp 8846  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-fin 8897  df-fsupp 9275  df-fi 9324  df-sup 9355  df-inf 9356  df-oi 9425  df-card 9863  df-pnf 11181  df-mnf 11182  df-xr 11183  df-ltxr 11184  df-le 11185  df-sub 11379  df-neg 11380  df-div 11808  df-nn 12175  df-2 12244  df-3 12245  df-4 12246  df-5 12247  df-6 12248  df-7 12249  df-8 12250  df-9 12251  df-n0 12438  df-z 12525  df-dec 12645  df-uz 12789  df-q 12899  df-rp 12943  df-xneg 13063  df-xadd 13064  df-xmul 13065  df-icc 13305  df-fz 13462  df-fzo 13609  df-seq 13964  df-exp 14024  df-hash 14293  df-cj 15061  df-re 15062  df-im 15063  df-sqrt 15197  df-abs 15198  df-struct 17117  df-sets 17134  df-slot 17152  df-ndx 17164  df-base 17180  df-ress 17201  df-plusg 17233  df-mulr 17234  df-starv 17235  df-sca 17236  df-vsca 17237  df-ip 17238  df-tset 17239  df-ple 17240  df-ds 17242  df-unif 17243  df-hom 17244  df-cco 17245  df-rest 17385  df-topn 17386  df-0g 17404  df-gsum 17405  df-topgen 17406  df-pt 17407  df-prds 17410  df-xrs 17466  df-qtop 17471  df-imas 17472  df-xps 17474  df-mre 17548  df-mrc 17549  df-acs 17551  df-mgm 18608  df-sgrp 18687  df-mnd 18703  df-submnd 18752  df-mulg 19044  df-cntz 19292  df-cmn 19757  df-psmet 21344  df-xmet 21345  df-met 21346  df-bl 21347  df-mopn 21348  df-cnfld 21353  df-top 22859  df-topon 22876  df-topsp 22898  df-bases 22911  df-cn 23192  df-cnp 23193  df-tx 23527  df-hmeo 23720  df-xms 24285  df-ms 24286  df-tms 24287
This theorem is referenced by:  sqcn  24841  expcncf  24893  plycn  26226  psercn2  26388  atansopn  26896  pntlem3  27572  climexp  46035
  Copyright terms: Public domain W3C validator