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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 ffvelrni y e y 0
20 18 19 syl y S e y 0
21 20 adantl φ y S e y 0
22 simpr φ x 0 x 0
23 eldifsn x 0 x x 0
24 22 23 sylib φ x 0 x x 0
25 24 simpld φ x 0 x
26 24 simprd φ x 0 x 0
27 25 26 absrpcld φ x 0 x +
28 reeff1o exp : 1-1 onto +
29 f1ocnv exp : 1-1 onto + exp -1 : + 1-1 onto
30 f1of exp -1 : + 1-1 onto exp -1 : +
31 28 29 30 mp2b exp -1 : +
32 31 ffvelrni x + exp -1 x
33 27 32 syl φ x 0 exp -1 x
34 33 recnd φ x 0 exp -1 x
35 ax-icn i
36 3 adantr φ x 0 D
37 eqid abs -1 1 = abs -1 1
38 eqid sin π 2 π 2 = sin π 2 π 2
39 1 37 3 4 5 38 efif1olem4 φ F : D 1-1 onto abs -1 1
40 f1ocnv F : D 1-1 onto abs -1 1 F -1 : abs -1 1 1-1 onto D
41 f1of F -1 : abs -1 1 1-1 onto D F -1 : abs -1 1 D
42 39 40 41 3syl φ F -1 : abs -1 1 D
43 42 adantr φ x 0 F -1 : abs -1 1 D
44 25 abscld φ x 0 x
45 44 recnd φ x 0 x
46 25 26 absne0d φ x 0 x 0
47 25 45 46 divcld φ x 0 x x
48 25 45 46 absdivd φ x 0 x x = x x
49 absidm x x = x
50 25 49 syl φ x 0 x = x
51 50 oveq2d φ x 0 x x = x x
52 45 46 dividd φ x 0 x x = 1
53 48 51 52 3eqtrd φ x 0 x x = 1
54 absf abs :
55 ffn abs : abs Fn
56 fniniseg abs Fn x x abs -1 1 x x x x = 1
57 54 55 56 mp2b x x abs -1 1 x x x x = 1
58 47 53 57 sylanbrc φ x 0 x x abs -1 1
59 43 58 ffvelrnd φ x 0 F -1 x x D
60 36 59 sseldd φ x 0 F -1 x x
61 60 recnd φ x 0 F -1 x x
62 mulcl i F -1 x x i F -1 x x
63 35 61 62 sylancr φ x 0 i F -1 x x
64 34 63 addcld φ x 0 exp -1 x + i F -1 x x
65 33 60 crimd φ x 0 exp -1 x + i F -1 x x = F -1 x x
66 65 59 eqeltrd φ x 0 exp -1 x + i F -1 x x D
67 ffn : Fn
68 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
69 7 67 68 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
70 64 66 69 sylanbrc φ x 0 exp -1 x + i F -1 x x -1 D
71 70 2 eleqtrrdi φ x 0 exp -1 x + i F -1 x x S
72 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
73 34 63 72 syl2anc φ x 0 e exp -1 x + i F -1 x x = e exp -1 x e i F -1 x x
74 33 fvresd φ x 0 exp exp -1 x = e exp -1 x
75 f1ocnvfv2 exp : 1-1 onto + x + exp exp -1 x = x
76 28 27 75 sylancr φ x 0 exp exp -1 x = x
77 74 76 eqtr3d φ x 0 e exp -1 x = x
78 oveq2 z = F -1 x x i z = i F -1 x x
79 78 fveq2d z = F -1 x x e i z = e i F -1 x x
80 oveq2 w = z i w = i z
81 80 fveq2d w = z e i w = e i z
82 81 cbvmptv w D e i w = z D e i z
83 1 82 eqtri F = z D e i z
84 fvex e i F -1 x x V
85 79 83 84 fvmpt F -1 x x D F F -1 x x = e i F -1 x x
86 59 85 syl φ x 0 F F -1 x x = e i F -1 x x
87 39 adantr φ x 0 F : D 1-1 onto abs -1 1
88 f1ocnvfv2 F : D 1-1 onto abs -1 1 x x abs -1 1 F F -1 x x = x x
89 87 58 88 syl2anc φ x 0 F F -1 x x = x x
90 86 89 eqtr3d φ x 0 e i F -1 x x = x x
91 77 90 oveq12d φ x 0 e exp -1 x e i F -1 x x = x x x
92 25 45 46 divcan2d φ x 0 x x x = x
93 73 91 92 3eqtrrd φ x 0 x = e exp -1 x + i F -1 x x
94 93 adantrl φ y S x 0 x = e exp -1 x + i F -1 x x
95 fveq2 y = exp -1 x + i F -1 x x e y = e exp -1 x + i F -1 x x
96 95 eqeq2d y = exp -1 x + i F -1 x x x = e y x = e exp -1 x + i F -1 x x
97 94 96 syl5ibrcom φ y S x 0 y = exp -1 x + i F -1 x x x = e y
98 18 adantl φ y S y
99 98 replimd φ y S y = y + i y
100 absef y e y = e y
101 98 100 syl φ y S e y = e y
102 98 recld φ y S y
103 102 fvresd φ y S exp y = e y
104 101 103 eqtr4d φ y S e y = exp y
105 104 fveq2d φ y S exp -1 e y = exp -1 exp y
106 f1ocnvfv1 exp : 1-1 onto + y exp -1 exp y = y
107 28 102 106 sylancr φ y S exp -1 exp y = y
108 105 107 eqtrd φ y S exp -1 e y = y
109 98 imcld φ y S y
110 109 recnd φ y S y
111 mulcl i y i y
112 35 110 111 sylancr φ y S i y
113 efcl i y e i y
114 112 113 syl φ y S e i y
115 102 recnd φ y S y
116 efcl y e y
117 115 116 syl φ y S e y
118 efne0 y e y 0
119 115 118 syl φ y S e y 0
120 114 117 119 divcan3d φ y S e y e i y e y = e i y
121 99 fveq2d φ y S e y = e y + i y
122 efadd y i y e y + i y = e y e i y
123 115 112 122 syl2anc φ y S e y + i y = e y e i y
124 121 123 eqtrd φ y S e y = e y e i y
125 124 101 oveq12d φ y S e y e y = e y e i y e y
126 elpreima Fn y -1 D y y D
127 7 67 126 mp2b y -1 D y y D
128 127 simprbi y -1 D y D
129 128 2 eleq2s y S y D
130 129 adantl φ y S y D
131 oveq2 w = y i w = i y
132 131 fveq2d w = y e i w = e i y
133 fvex e i y V
134 132 1 133 fvmpt y D F y = e i y
135 130 134 syl φ y S F y = e i y
136 120 125 135 3eqtr4d φ y S e y e y = F y
137 136 fveq2d φ y S F -1 e y e y = F -1 F y
138 f1ocnvfv1 F : D 1-1 onto abs -1 1 y D F -1 F y = y
139 39 129 138 syl2an φ y S F -1 F y = y
140 137 139 eqtrd φ y S F -1 e y e y = y
141 140 oveq2d φ y S i F -1 e y e y = i y
142 108 141 oveq12d φ y S exp -1 e y + i F -1 e y e y = y + i y
143 99 142 eqtr4d φ y S y = exp -1 e y + i F -1 e y e y
144 fveq2 x = e y x = e y
145 144 fveq2d x = e y exp -1 x = exp -1 e y
146 id x = e y x = e y
147 146 144 oveq12d x = e y x x = e y e y
148 147 fveq2d x = e y F -1 x x = F -1 e y e y
149 148 oveq2d x = e y i F -1 x x = i F -1 e y e y
150 145 149 oveq12d x = e y exp -1 x + i F -1 x x = exp -1 e y + i F -1 e y e y
151 150 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
152 143 151 syl5ibrcom φ y S x = e y y = exp -1 x + i F -1 x x
153 152 adantrr φ y S x 0 x = e y y = exp -1 x + i F -1 x x
154 97 153 impbid φ y S x 0 y = exp -1 x + i F -1 x x x = e y
155 17 21 71 154 f1o2d φ exp S : S 1-1 onto 0