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Theorem relexpaddg

Description: Relation composition becomes addition under exponentiation except when the exponents total to one and the class isn't a relation. (Contributed by RP, 30-May-2020)

Ref Expression
Assertion relexpaddg N0M0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 elnn0 N0NN=0
2 elnn0 M0MM=0
3 relexpaddnn NMRVRrNRrM=RrN+M
4 3 a1d NMRVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
5 4 3exp NMRVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
6 5 com12 MNRVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
7 elnn1uz2 NN=1N2
8 coires1 RrNIdomRranR=RrNdomRranR
9 simpll N=1M=0RVN+M=1RelRN=1
10 simplr N=1M=0RVN+M=1RelRM=0
11 9 10 oveq12d N=1M=0RVN+M=1RelRN+M=1+0
12 1p0e1 1+0=1
13 11 12 eqtrdi N=1M=0RVN+M=1RelRN+M=1
14 simprr N=1M=0RVN+M=1RelRN+M=1RelR
15 13 14 mpd N=1M=0RVN+M=1RelRRelR
16 9 oveq2d N=1M=0RVN+M=1RelRRrN=Rr1
17 simprl N=1M=0RVN+M=1RelRRV
18 relexp1g RVRr1=R
19 17 18 syl N=1M=0RVN+M=1RelRRr1=R
20 16 19 eqtrd N=1M=0RVN+M=1RelRRrN=R
21 20 releqd N=1M=0RVN+M=1RelRRelRrNRelR
22 15 21 mpbird N=1M=0RVN+M=1RelRRelRrN
23 1nn 1
24 9 23 eqeltrdi N=1M=0RVN+M=1RelRN
25 relexpnndm NRVdomRrNdomR
26 24 17 25 syl2anc N=1M=0RVN+M=1RelRdomRrNdomR
27 ssun1 domRdomRranR
28 26 27 sstrdi N=1M=0RVN+M=1RelRdomRrNdomRranR
29 relssres RelRrNdomRrNdomRranRRrNdomRranR=RrN
30 22 28 29 syl2anc N=1M=0RVN+M=1RelRRrNdomRranR=RrN
31 8 30 eqtrid N=1M=0RVN+M=1RelRRrNIdomRranR=RrN
32 10 oveq2d N=1M=0RVN+M=1RelRRrM=Rr0
33 relexp0g RVRr0=IdomRranR
34 17 33 syl N=1M=0RVN+M=1RelRRr0=IdomRranR
35 32 34 eqtrd N=1M=0RVN+M=1RelRRrM=IdomRranR
36 35 coeq2d N=1M=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrNIdomRranR
37 10 oveq2d N=1M=0RVN+M=1RelRN+M=N+0
38 ax-1cn 1
39 9 38 eqeltrdi N=1M=0RVN+M=1RelRN
40 39 addridd N=1M=0RVN+M=1RelRN+0=N
41 37 40 eqtrd N=1M=0RVN+M=1RelRN+M=N
42 41 oveq2d N=1M=0RVN+M=1RelRRrN+M=RrN
43 31 36 42 3eqtr4d N=1M=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
44 43 exp43 N=1M=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
45 simp1 N2M=0RVN2
46 simp3 N2M=0RVRV
47 relexpuzrel N2RVRelRrN
48 45 46 47 syl2anc N2M=0RVRelRrN
49 eluz2nn N2N
50 45 49 syl N2M=0RVN
51 50 46 25 syl2anc N2M=0RVdomRrNdomR
52 51 27 sstrdi N2M=0RVdomRrNdomRranR
53 48 52 29 syl2anc N2M=0RVRrNdomRranR=RrN
54 8 53 eqtrid N2M=0RVRrNIdomRranR=RrN
55 simp2 N2M=0RVM=0
56 55 oveq2d N2M=0RVRrM=Rr0
57 46 33 syl N2M=0RVRr0=IdomRranR
58 56 57 eqtrd N2M=0RVRrM=IdomRranR
59 58 coeq2d N2M=0RVRrNRrM=RrNIdomRranR
60 55 oveq2d N2M=0RVN+M=N+0
61 eluzelcn N2N
62 45 61 syl N2M=0RVN
63 62 addridd N2M=0RVN+0=N
64 60 63 eqtrd N2M=0RVN+M=N
65 64 oveq2d N2M=0RVRrN+M=RrN
66 54 59 65 3eqtr4d N2M=0RVRrNRrM=RrN+M
67 66 a1d N2M=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
68 67 3exp N2M=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
69 44 68 jaoi N=1N2M=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
70 7 69 sylbi NM=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
71 70 com12 M=0NRVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
72 6 71 jaoi MM=0NRVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
73 2 72 sylbi M0NRVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
74 73 com12 NM0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
75 74 3impd NM0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
76 elnn1uz2 MM=1M2
77 coires1 R-1IdomR-1ranR-1=R-1domR-1ranR-1
78 relcnv RelR-1
79 ssun1 domR-1domR-1ranR-1
80 78 79 pm3.2i RelR-1domR-1domR-1ranR-1
81 relssres RelR-1domR-1domR-1ranR-1R-1domR-1ranR-1=R-1
82 80 81 mp1i N=0M=1RVN+M=1RelRR-1domR-1ranR-1=R-1
83 77 82 eqtrid N=0M=1RVN+M=1RelRR-1IdomR-1ranR-1=R-1
84 cnvco RrNRrM-1=RrM-1RrN-1
85 simplr N=0M=1RVN+M=1RelRM=1
86 1nn0 10
87 85 86 eqeltrdi N=0M=1RVN+M=1RelRM0
88 simprl N=0M=1RVN+M=1RelRRV
89 relexpcnv M0RVRrM-1=R-1rM
90 87 88 89 syl2anc N=0M=1RVN+M=1RelRRrM-1=R-1rM
91 85 oveq2d N=0M=1RVN+M=1RelRR-1rM=R-1r1
92 cnvexg RVR-1V
93 88 92 syl N=0M=1RVN+M=1RelRR-1V
94 relexp1g R-1VR-1r1=R-1
95 93 94 syl N=0M=1RVN+M=1RelRR-1r1=R-1
96 90 91 95 3eqtrd N=0M=1RVN+M=1RelRRrM-1=R-1
97 simpll N=0M=1RVN+M=1RelRN=0
98 0nn0 00
99 97 98 eqeltrdi N=0M=1RVN+M=1RelRN0
100 relexpcnv N0RVRrN-1=R-1rN
101 99 88 100 syl2anc N=0M=1RVN+M=1RelRRrN-1=R-1rN
102 97 oveq2d N=0M=1RVN+M=1RelRR-1rN=R-1r0
103 relexp0g R-1VR-1r0=IdomR-1ranR-1
104 93 103 syl N=0M=1RVN+M=1RelRR-1r0=IdomR-1ranR-1
105 101 102 104 3eqtrd N=0M=1RVN+M=1RelRRrN-1=IdomR-1ranR-1
106 96 105 coeq12d N=0M=1RVN+M=1RelRRrM-1RrN-1=R-1IdomR-1ranR-1
107 84 106 eqtrid N=0M=1RVN+M=1RelRRrNRrM-1=R-1IdomR-1ranR-1
108 99 87 nn0addcld N=0M=1RVN+M=1RelRN+M0
109 relexpcnv N+M0RVRrN+M-1=R-1rN+M
110 108 88 109 syl2anc N=0M=1RVN+M=1RelRRrN+M-1=R-1rN+M
111 97 85 oveq12d N=0M=1RVN+M=1RelRN+M=0+1
112 0p1e1 0+1=1
113 111 112 eqtrdi N=0M=1RVN+M=1RelRN+M=1
114 113 oveq2d N=0M=1RVN+M=1RelRR-1rN+M=R-1r1
115 110 114 95 3eqtrd N=0M=1RVN+M=1RelRRrN+M-1=R-1
116 83 107 115 3eqtr4d N=0M=1RVN+M=1RelRRrNRrM-1=RrN+M-1
117 relco RelRrNRrM
118 simprr N=0M=1RVN+M=1RelRN+M=1RelR
119 113 118 mpd N=0M=1RVN+M=1RelRRelR
120 113 oveq2d N=0M=1RVN+M=1RelRRrN+M=Rr1
121 88 18 syl N=0M=1RVN+M=1RelRRr1=R
122 120 121 eqtrd N=0M=1RVN+M=1RelRRrN+M=R
123 122 releqd N=0M=1RVN+M=1RelRRelRrN+MRelR
124 119 123 mpbird N=0M=1RVN+M=1RelRRelRrN+M
125 cnveqb RelRrNRrMRelRrN+MRrNRrM=RrN+MRrNRrM-1=RrN+M-1
126 117 124 125 sylancr N=0M=1RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+MRrNRrM-1=RrN+M-1
127 116 126 mpbird N=0M=1RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
128 127 exp43 N=0M=1RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
129 128 com12 M=1N=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
130 coires1 R-1rMIdomR-1ranR-1=R-1rMdomR-1ranR-1
131 simp2 N=0M2RVM2
132 simp3 N=0M2RVRV
133 132 92 syl N=0M2RVR-1V
134 relexpuzrel M2R-1VRelR-1rM
135 131 133 134 syl2anc N=0M2RVRelR-1rM
136 eluz2nn M2M
137 131 136 syl N=0M2RVM
138 relexpnndm MR-1VdomR-1rMdomR-1
139 137 133 138 syl2anc N=0M2RVdomR-1rMdomR-1
140 139 79 sstrdi N=0M2RVdomR-1rMdomR-1ranR-1
141 relssres RelR-1rMdomR-1rMdomR-1ranR-1R-1rMdomR-1ranR-1=R-1rM
142 135 140 141 syl2anc N=0M2RVR-1rMdomR-1ranR-1=R-1rM
143 130 142 eqtrid N=0M2RVR-1rMIdomR-1ranR-1=R-1rM
144 simp1 N=0M2RVN=0
145 144 oveq2d N=0M2RVR-1rN=R-1r0
146 133 103 syl N=0M2RVR-1r0=IdomR-1ranR-1
147 145 146 eqtrd N=0M2RVR-1rN=IdomR-1ranR-1
148 147 coeq2d N=0M2RVR-1rMR-1rN=R-1rMIdomR-1ranR-1
149 144 oveq1d N=0M2RVN+M=0+M
150 eluzelcn M2M
151 131 150 syl N=0M2RVM
152 151 addlidd N=0M2RV0+M=M
153 149 152 eqtrd N=0M2RVN+M=M
154 153 oveq2d N=0M2RVR-1rN+M=R-1rM
155 143 148 154 3eqtr4d N=0M2RVR-1rMR-1rN=R-1rN+M
156 nnnn0 MM0
157 131 136 156 3syl N=0M2RVM0
158 157 132 89 syl2anc N=0M2RVRrM-1=R-1rM
159 144 98 eqeltrdi N=0M2RVN0
160 159 132 100 syl2anc N=0M2RVRrN-1=R-1rN
161 158 160 coeq12d N=0M2RVRrM-1RrN-1=R-1rMR-1rN
162 84 161 eqtrid N=0M2RVRrNRrM-1=R-1rMR-1rN
163 159 157 nn0addcld N=0M2RVN+M0
164 163 132 109 syl2anc N=0M2RVRrN+M-1=R-1rN+M
165 155 162 164 3eqtr4d N=0M2RVRrNRrM-1=RrN+M-1
166 159 nn0cnd N=0M2RVN
167 151 166 addcomd N=0M2RVM+N=N+M
168 uzaddcl M2N0M+N2
169 131 159 168 syl2anc N=0M2RVM+N2
170 167 169 eqeltrrd N=0M2RVN+M2
171 relexpuzrel N+M2RVRelRrN+M
172 170 132 171 syl2anc N=0M2RVRelRrN+M
173 117 172 125 sylancr N=0M2RVRrNRrM=RrN+MRrNRrM-1=RrN+M-1
174 165 173 mpbird N=0M2RVRrNRrM=RrN+M
175 174 a1d N=0M2RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
176 175 3exp N=0M2RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
177 176 com12 M2N=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
178 129 177 jaoi M=1M2N=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
179 76 178 sylbi MN=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
180 coires1 Rr0IdomRranR=Rr0domRranR
181 simp3 N=0M=0RVRV
182 relexp0rel RVRelRr0
183 181 182 syl N=0M=0RVRelRr0
184 181 33 syl N=0M=0RVRr0=IdomRranR
185 184 dmeqd N=0M=0RVdomRr0=domIdomRranR
186 dmresi domIdomRranR=domRranR
187 185 186 eqtrdi N=0M=0RVdomRr0=domRranR
188 eqimss domRr0=domRranRdomRr0domRranR
189 187 188 syl N=0M=0RVdomRr0domRranR
190 relssres RelRr0domRr0domRranRRr0domRranR=Rr0
191 183 189 190 syl2anc N=0M=0RVRr0domRranR=Rr0
192 180 191 eqtrid N=0M=0RVRr0IdomRranR=Rr0
193 simp1 N=0M=0RVN=0
194 193 oveq2d N=0M=0RVRrN=Rr0
195 simp2 N=0M=0RVM=0
196 195 oveq2d N=0M=0RVRrM=Rr0
197 196 184 eqtrd N=0M=0RVRrM=IdomRranR
198 194 197 coeq12d N=0M=0RVRrNRrM=Rr0IdomRranR
199 193 195 oveq12d N=0M=0RVN+M=0+0
200 00id 0+0=0
201 199 200 eqtrdi N=0M=0RVN+M=0
202 201 oveq2d N=0M=0RVRrN+M=Rr0
203 192 198 202 3eqtr4d N=0M=0RVRrNRrM=RrN+M
204 203 a1d N=0M=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
205 204 3exp N=0M=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
206 205 com12 M=0N=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
207 179 206 jaoi MM=0N=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
208 2 207 sylbi M0N=0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
209 208 com12 N=0M0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
210 209 3impd N=0M0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
211 75 210 jaoi NN=0M0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
212 1 211 sylbi N0M0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M
213 212 imp N0M0RVN+M=1RelRRrNRrM=RrN+M