Theorem expscllem 28422

Description: Lemma for proving non-negative surreal integer exponentiation closure. (Contributed by Scott Fenton, 7-Nov-2025.)

Hypotheses

Ref	Expression
expscllem.1	⊢ 𝐹 ⊆ No
expscllem.2	⊢ ((𝑥 ∈ 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ 𝐹) → (𝑥 ·s 𝑦) ∈ 𝐹)
expscllem.3	⊢ 1s ∈ 𝐹

Assertion

Ref	Expression
expscllem	⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0s) → (𝐴↑s𝑁) ∈ 𝐹)

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

Proof of Theorem expscllem

Dummy variables 𝑛 𝑚 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		oveq2 7375	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 0s → (𝐴↑s𝑚) = (𝐴↑s 0s ))
2	1	eleq1d 2821	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 0s → ((𝐴↑s𝑚) ∈ 𝐹 ↔ (𝐴↑s 0s ) ∈ 𝐹))
3	2	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑚 = 0s → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑s𝑚) ∈ 𝐹) ↔ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑s 0s ) ∈ 𝐹)))
4		oveq2 7375	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (𝐴↑s𝑚) = (𝐴↑s𝑛))
5	4	eleq1d 2821	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → ((𝐴↑s𝑚) ∈ 𝐹 ↔ (𝐴↑s𝑛) ∈ 𝐹))
6	5	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑s𝑚) ∈ 𝐹) ↔ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑s𝑛) ∈ 𝐹)))
7		oveq2 7375	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = (𝑛 +s 1s ) → (𝐴↑s𝑚) = (𝐴↑s(𝑛 +s 1s )))
8	7	eleq1d 2821	. . . 4 ⊢ (𝑚 = (𝑛 +s 1s ) → ((𝐴↑s𝑚) ∈ 𝐹 ↔ (𝐴↑s(𝑛 +s 1s )) ∈ 𝐹))
9	8	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑚 = (𝑛 +s 1s ) → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑s𝑚) ∈ 𝐹) ↔ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑s(𝑛 +s 1s )) ∈ 𝐹)))
10		oveq2 7375	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 𝑁 → (𝐴↑s𝑚) = (𝐴↑s𝑁))
11	10	eleq1d 2821	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 𝑁 → ((𝐴↑s𝑚) ∈ 𝐹 ↔ (𝐴↑s𝑁) ∈ 𝐹))
12	11	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑚 = 𝑁 → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑s𝑚) ∈ 𝐹) ↔ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑s𝑁) ∈ 𝐹)))
13		expscllem.1	. . . . . 6 ⊢ 𝐹 ⊆ No
14	13	sseli 3917	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → 𝐴 ∈ No )
15		exps0 28419	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ No → (𝐴↑s 0s ) = 1s )
16	14, 15	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑s 0s ) = 1s )
17		expscllem.3	. . . 4 ⊢ 1s ∈ 𝐹
18	16, 17	eqeltrdi 2844	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑s 0s ) ∈ 𝐹)
19	14	3ad2ant2 1135	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0s ∧ 𝐴 ∈ 𝐹 ∧ (𝐴↑s𝑛) ∈ 𝐹) → 𝐴 ∈ No )
20		simp1 1137	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0s ∧ 𝐴 ∈ 𝐹 ∧ (𝐴↑s𝑛) ∈ 𝐹) → 𝑛 ∈ ℕ0s)
21		expsp1 28421	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ No ∧ 𝑛 ∈ ℕ0s) → (𝐴↑s(𝑛 +s 1s )) = ((𝐴↑s𝑛) ·s 𝐴))
22	19, 20, 21	syl2anc 585	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0s ∧ 𝐴 ∈ 𝐹 ∧ (𝐴↑s𝑛) ∈ 𝐹) → (𝐴↑s(𝑛 +s 1s )) = ((𝐴↑s𝑛) ·s 𝐴))
23		expscllem.2	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ 𝐹) → (𝑥 ·s 𝑦) ∈ 𝐹)
24	23	caovcl 7561	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴↑s𝑛) ∈ 𝐹 ∧ 𝐴 ∈ 𝐹) → ((𝐴↑s𝑛) ·s 𝐴) ∈ 𝐹)
25	24	ancoms 458	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ (𝐴↑s𝑛) ∈ 𝐹) → ((𝐴↑s𝑛) ·s 𝐴) ∈ 𝐹)
26	25	3adant1 1131	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0s ∧ 𝐴 ∈ 𝐹 ∧ (𝐴↑s𝑛) ∈ 𝐹) → ((𝐴↑s𝑛) ·s 𝐴) ∈ 𝐹)
27	22, 26	eqeltrd 2836	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0s ∧ 𝐴 ∈ 𝐹 ∧ (𝐴↑s𝑛) ∈ 𝐹) → (𝐴↑s(𝑛 +s 1s )) ∈ 𝐹)
28	27	3exp 1120	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0s → (𝐴 ∈ 𝐹 → ((𝐴↑s𝑛) ∈ 𝐹 → (𝐴↑s(𝑛 +s 1s )) ∈ 𝐹)))
29	28	a2d 29	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0s → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑s𝑛) ∈ 𝐹) → (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑s(𝑛 +s 1s )) ∈ 𝐹)))
30	3, 6, 9, 12, 18, 29	n0sind 28325	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0s → (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑s𝑁) ∈ 𝐹))
31	30	impcom 407	1 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0s) → (𝐴↑s𝑁) ∈ 𝐹)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   = wceq 1542   ∈ wcel 2114   ⊆ wss 3889  (class class class)co 7367   No csur 27603   0_s c0s 27797   1_s c1s 27798   +_s cadds 27951   ·_s cmuls 28098  ℕ_0scn0s 28304  ↑_scexps 28404

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

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-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-ot 4576  df-uni 4851  df-int 4890  df-iun 4935  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-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-om 7818  df-1st 7942  df-2nd 7943  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-1o 8405  df-2o 8406  df-oadd 8409  df-nadd 8602  df-no 27606  df-lts 27607  df-bday 27608  df-les 27709  df-slts 27750  df-cuts 27752  df-0s 27799  df-1s 27800  df-made 27819  df-old 27820  df-left 27822  df-right 27823  df-norec 27930  df-norec2 27941  df-adds 27952  df-negs 28013  df-subs 28014  df-muls 28099  df-seqs 28276  df-n0s 28306  df-nns 28307  df-zs 28371  df-exps 28405

This theorem is referenced by:  expscl  28423  n0expscl  28424  nnexpscl  28425  zexpscl  28426