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Theorem eff1olem

Description: The exponential function maps the set S , of complex numbers with imaginary part in a real interval of length 2 x. _pi , one-to-one onto the nonzero complex numbers. (Contributed by Paul Chapman, 16-Apr-2008) (Proof shortened by Mario Carneiro, 13-May-2014)

Ref Expression
Hypotheses eff1olem.1 F = w D e i w
eff1olem.2 S = -1 D
eff1olem.3 φ D
eff1olem.4 φ x D y D x y < 2 π
eff1olem.5 φ z y D z y 2 π
Assertion eff1olem φ exp S : S 1-1 onto 0

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eff1olem.1 F = w D e i w
2 eff1olem.2 S = -1 D
3 eff1olem.3 φ D
4 eff1olem.4 φ x D y D x y < 2 π
5 eff1olem.5 φ z y D z y 2 π
6 cnvimass -1 D dom
7 imf :
8 7 fdmi dom =
9 8 eqcomi = dom
10 6 2 9 3sstr4i S
11 eff2 exp : 0
12 11 a1i S exp : 0
13 12 feqmptd S exp = y e y
14 13 reseq1d S exp S = y e y S
15 resmpt S y e y S = y S e y
16 14 15 eqtrd S exp S = y S e y
17 10 16 ax-mp exp S = y S e y
18 10 sseli y S y
19 11 ffvelcdmi y e y 0
20 18 19 syl y S e y 0
21 20 adantl φ y S e y 0
22 eldifsn x 0 x x 0
23 22 bilani φ x 0 x x 0
24 23 simpld φ x 0 x
25 23 simprd φ x 0 x 0
26 24 25 absrpcld φ x 0 x +
27 reeff1o exp : 1-1 onto +
28 f1ocnv exp : 1-1 onto + exp -1 : + 1-1 onto
29 f1of exp -1 : + 1-1 onto exp -1 : +
30 27 28 29 mp2b exp -1 : +
31 30 ffvelcdmi x + exp -1 x
32 26 31 syl φ x 0 exp -1 x
33 32 recnd φ x 0 exp -1 x
34 ax-icn i
35 3 adantr φ x 0 D
36 eqid abs -1 1 = abs -1 1
37 eqid sin π 2 π 2 = sin π 2 π 2
38 1 36 3 4 5 37 efif1olem4 φ F : D 1-1 onto abs -1 1
39 f1ocnv F : D 1-1 onto abs -1 1 F -1 : abs -1 1 1-1 onto D
40 f1of F -1 : abs -1 1 1-1 onto D F -1 : abs -1 1 D
41 38 39 40 3syl φ F -1 : abs -1 1 D
42 41 adantr φ x 0 F -1 : abs -1 1 D
43 24 abscld φ x 0 x
44 43 recnd φ x 0 x
45 24 25 absne0d φ x 0 x 0
46 24 44 45 divcld φ x 0 x x
47 24 44 45 absdivd φ x 0 x x = x x
48 absidm x x = x
49 24 48 syl φ x 0 x = x
50 49 oveq2d φ x 0 x x = x x
51 44 45 dividd φ x 0 x x = 1
52 47 50 51 3eqtrd φ x 0 x x = 1
53 absf abs :
54 ffn abs : abs Fn
55 fniniseg abs Fn x x abs -1 1 x x x x = 1
56 53 54 55 mp2b x x abs -1 1 x x x x = 1
57 46 52 56 sylanbrc φ x 0 x x abs -1 1
58 42 57 ffvelcdmd φ x 0 F -1 x x D
59 35 58 sseldd φ x 0 F -1 x x
60 59 recnd φ x 0 F -1 x x
61 mulcl i F -1 x x i F -1 x x
62 34 60 61 sylancr φ x 0 i F -1 x x
63 33 62 addcld φ x 0 exp -1 x + i F -1 x x
64 32 59 crimd φ x 0 exp -1 x + i F -1 x x = F -1 x x
65 64 58 eqeltrd φ x 0 exp -1 x + i F -1 x x D
66 ffn : Fn
67 elpreima Fn exp -1 x + i F -1 x x -1 D exp -1 x + i F -1 x x exp -1 x + i F -1 x x D
68 7 66 67 mp2b exp -1 x + i F -1 x x -1 D exp -1 x + i F -1 x x exp -1 x + i F -1 x x D
69 63 65 68 sylanbrc φ x 0 exp -1 x + i F -1 x x -1 D
70 69 2 eleqtrrdi φ x 0 exp -1 x + i F -1 x x S
71 efadd exp -1 x i F -1 x x e exp -1 x + i F -1 x x = e exp -1 x e i F -1 x x
72 33 62 71 syl2anc φ x 0 e exp -1 x + i F -1 x x = e exp -1 x e i F -1 x x
73 32 fvresd φ x 0 exp exp -1 x = e exp -1 x
74 f1ocnvfv2 exp : 1-1 onto + x + exp exp -1 x = x
75 27 26 74 sylancr φ x 0 exp exp -1 x = x
76 73 75 eqtr3d φ x 0 e exp -1 x = x
77 oveq2 z = F -1 x x i z = i F -1 x x
78 77 fveq2d z = F -1 x x e i z = e i F -1 x x
79 oveq2 w = z i w = i z
80 79 fveq2d w = z e i w = e i z
81 80 cbvmptv w D e i w = z D e i z
82 1 81 eqtri F = z D e i z
83 fvex e i F -1 x x V
84 78 82 83 fvmpt F -1 x x D F F -1 x x = e i F -1 x x
85 58 84 syl φ x 0 F F -1 x x = e i F -1 x x
86 38 adantr φ x 0 F : D 1-1 onto abs -1 1
87 f1ocnvfv2 F : D 1-1 onto abs -1 1 x x abs -1 1 F F -1 x x = x x
88 86 57 87 syl2anc φ x 0 F F -1 x x = x x
89 85 88 eqtr3d φ x 0 e i F -1 x x = x x
90 76 89 oveq12d φ x 0 e exp -1 x e i F -1 x x = x x x
91 24 44 45 divcan2d φ x 0 x x x = x
92 72 90 91 3eqtrrd φ x 0 x = e exp -1 x + i F -1 x x
93 92 adantrl φ y S x 0 x = e exp -1 x + i F -1 x x
94 fveq2 y = exp -1 x + i F -1 x x e y = e exp -1 x + i F -1 x x
95 94 eqeq2d y = exp -1 x + i F -1 x x x = e y x = e exp -1 x + i F -1 x x
96 93 95 syl5ibrcom φ y S x 0 y = exp -1 x + i F -1 x x x = e y
97 18 adantl φ y S y
98 97 replimd φ y S y = y + i y
99 absef y e y = e y
100 97 99 syl φ y S e y = e y
101 97 recld φ y S y
102 101 fvresd φ y S exp y = e y
103 100 102 eqtr4d φ y S e y = exp y
104 103 fveq2d φ y S exp -1 e y = exp -1 exp y
105 f1ocnvfv1 exp : 1-1 onto + y exp -1 exp y = y
106 27 101 105 sylancr φ y S exp -1 exp y = y
107 104 106 eqtrd φ y S exp -1 e y = y
108 97 imcld φ y S y
109 108 recnd φ y S y
110 mulcl i y i y
111 34 109 110 sylancr φ y S i y
112 efcl i y e i y
113 111 112 syl φ y S e i y
114 101 recnd φ y S y
115 efcl y e y
116 114 115 syl φ y S e y
117 efne0 y e y 0
118 114 117 syl φ y S e y 0
119 113 116 118 divcan3d φ y S e y e i y e y = e i y
120 98 fveq2d φ y S e y = e y + i y
121 efadd y i y e y + i y = e y e i y
122 114 111 121 syl2anc φ y S e y + i y = e y e i y
123 120 122 eqtrd φ y S e y = e y e i y
124 123 100 oveq12d φ y S e y e y = e y e i y e y
125 elpreima Fn y -1 D y y D
126 7 66 125 mp2b y -1 D y y D
127 126 simprbi y -1 D y D
128 127 2 eleq2s y S y D
129 128 adantl φ y S y D
130 oveq2 w = y i w = i y
131 130 fveq2d w = y e i w = e i y
132 fvex e i y V
133 131 1 132 fvmpt y D F y = e i y
134 129 133 syl φ y S F y = e i y
135 119 124 134 3eqtr4d φ y S e y e y = F y
136 135 fveq2d φ y S F -1 e y e y = F -1 F y
137 f1ocnvfv1 F : D 1-1 onto abs -1 1 y D F -1 F y = y
138 38 128 137 syl2an φ y S F -1 F y = y
139 136 138 eqtrd φ y S F -1 e y e y = y
140 139 oveq2d φ y S i F -1 e y e y = i y
141 107 140 oveq12d φ y S exp -1 e y + i F -1 e y e y = y + i y
142 98 141 eqtr4d φ y S y = exp -1 e y + i F -1 e y e y
143 fveq2 x = e y x = e y
144 143 fveq2d x = e y exp -1 x = exp -1 e y
145 id x = e y x = e y
146 145 143 oveq12d x = e y x x = e y e y
147 146 fveq2d x = e y F -1 x x = F -1 e y e y
148 147 oveq2d x = e y i F -1 x x = i F -1 e y e y
149 144 148 oveq12d x = e y exp -1 x + i F -1 x x = exp -1 e y + i F -1 e y e y
150 149 eqeq2d x = e y y = exp -1 x + i F -1 x x y = exp -1 e y + i F -1 e y e y
151 142 150 syl5ibrcom φ y S x = e y y = exp -1 x + i F -1 x x
152 151 adantrr φ y S x 0 x = e y y = exp -1 x + i F -1 x x
153 96 152 impbid φ y S x 0 y = exp -1 x + i F -1 x x x = e y
154 17 21 70 153 f1o2d φ exp S : S 1-1 onto 0