Theorem expcllem 12871

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 11294	. 2 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ0 ↔ (𝐵 ∈ ℕ ∨ 𝐵 = 0))
2		oveq2 6658	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 1 → (𝐴↑𝑧) = (𝐴↑1))
3	2	eleq1d 2686	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = 1 → ((𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹 ↔ (𝐴↑1) ∈ 𝐹))
4	3	imbi2d 330	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 1 → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹) ↔ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑1) ∈ 𝐹)))
5		oveq2 6658	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 𝑤 → (𝐴↑𝑧) = (𝐴↑𝑤))
6	5	eleq1d 2686	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = 𝑤 → ((𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹 ↔ (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹))
7	6	imbi2d 330	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 𝑤 → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹) ↔ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹)))
8		oveq2 6658	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = (𝑤 + 1) → (𝐴↑𝑧) = (𝐴↑(𝑤 + 1)))
9	8	eleq1d 2686	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = (𝑤 + 1) → ((𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹 ↔ (𝐴↑(𝑤 + 1)) ∈ 𝐹))
10	9	imbi2d 330	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = (𝑤 + 1) → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹) ↔ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑(𝑤 + 1)) ∈ 𝐹)))
11		oveq2 6658	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 𝐵 → (𝐴↑𝑧) = (𝐴↑𝐵))
12	11	eleq1d 2686	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = 𝐵 → ((𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹 ↔ (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹))
13	12	imbi2d 330	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 𝐵 → ((𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝑧) ∈ 𝐹) ↔ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)))
14		expcllem.1	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐹 ⊆ ℂ
15	14	sseli 3599	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → 𝐴 ∈ ℂ)
16		exp1 12866	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴↑1) = 𝐴)
17	15, 16	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑1) = 𝐴)
18	17	eleq1d 2686	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → ((𝐴↑1) ∈ 𝐹 ↔ 𝐴 ∈ 𝐹))
19	18	ibir 257	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑1) ∈ 𝐹)
20		expcllem.2	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ 𝐹) → (𝑥 · 𝑦) ∈ 𝐹)
21	20	caovcl 6828	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹 ∧ 𝐴 ∈ 𝐹) → ((𝐴↑𝑤) · 𝐴) ∈ 𝐹)
22	21	ancoms 469	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹) → ((𝐴↑𝑤) · 𝐴) ∈ 𝐹)
23	22	adantlr 751	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑤 ∈ ℕ) ∧ (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹) → ((𝐴↑𝑤) · 𝐴) ∈ 𝐹)
24		nnnn0 11299	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑤 ∈ ℕ → 𝑤 ∈ ℕ0)
25		expp1 12867	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑤 ∈ ℕ0) → (𝐴↑(𝑤 + 1)) = ((𝐴↑𝑤) · 𝐴))
26	15, 24, 25	syl2an 494	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑤 ∈ ℕ) → (𝐴↑(𝑤 + 1)) = ((𝐴↑𝑤) · 𝐴))
27	26	eleq1d 2686	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑤 ∈ ℕ) → ((𝐴↑(𝑤 + 1)) ∈ 𝐹 ↔ ((𝐴↑𝑤) · 𝐴) ∈ 𝐹))
28	27	adantr 481	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑤 ∈ ℕ) ∧ (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹) → ((𝐴↑(𝑤 + 1)) ∈ 𝐹 ↔ ((𝐴↑𝑤) · 𝐴) ∈ 𝐹))
29	23, 28	mpbird 247	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝑤 ∈ ℕ) ∧ (𝐴↑𝑤) ∈ 𝐹) → (𝐴↑(𝑤 + 1)) ∈ 𝐹)
30	29	exp31 630	. . . . . . 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 11038	. . . 4 ⊢ (𝐵 ∈ ℕ → (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹))
34	33	impcom 446	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝐵 ∈ ℕ) → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)
35		oveq2 6658	. . . . 5 ⊢ (𝐵 = 0 → (𝐴↑𝐵) = (𝐴↑0))
36		exp0 12864	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴↑0) = 1)
37	15, 36	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐹 → (𝐴↑0) = 1)
38	35, 37	sylan9eqr 2678	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝐵 = 0) → (𝐴↑𝐵) = 1)
39		expcllem.3	. . . 4 ⊢ 1 ∈ 𝐹
40	38, 39	syl6eqel 2709	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝐵 = 0) → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)
41	34, 40	jaodan 826	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ (𝐵 ∈ ℕ ∨ 𝐵 = 0)) → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)
42	1, 41	sylan2b 492	1 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐹 ∧ 𝐵 ∈ ℕ0) → (𝐴↑𝐵) ∈ 𝐹)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 196   ∨ wo 383   ∧ wa 384   = wceq 1483   ∈ wcel 1990   ⊆ wss 3574  (class class class)co 6650  ℂcc 9934  0cc0 9936  1c1 9937   + caddc 9939   · cmul 9941  ℕcn 11020  ℕ₀cn0 11292  ↑cexp 12860

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-iun 4522  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-om 7066  df-2nd 7169  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-er 7742  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-nn 11021  df-n0 11293  df-z 11378  df-uz 11688  df-seq 12802  df-exp 12861

This theorem is referenced by:  expcl2lem  12872  nnexpcl  12873  nn0expcl  12874  zexpcl  12875  qexpcl  12876  reexpcl  12877  expcl  12878  expge0  12896  expge1  12897  lgsfcl2  25028