Metamath Proof Explorer


Theorem cnfldexp

Description: The exponentiation operator in the field of complex numbers (for nonnegative exponents). (Contributed by Mario Carneiro, 15-Jun-2015)

Ref Expression
Assertion cnfldexp ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ต ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 oveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ๐‘ฅ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( 0 ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) )
2 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โ†‘ 0 ) )
3 1 2 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ( ๐‘ฅ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) โ†” ( 0 ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ 0 ) ) )
4 3 imbi2d โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐‘ฅ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( 0 ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ 0 ) ) ) )
5 oveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ๐‘ฅ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) )
6 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) )
7 5 6 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ( ๐‘ฅ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) โ†” ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) ) )
8 7 imbi2d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐‘ฅ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) ) ) )
9 oveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ + 1 ) โ†’ ( ๐‘ฅ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ( ๐‘ฆ + 1 ) ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) )
10 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ + 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + 1 ) ) )
11 9 10 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ + 1 ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) โ†” ( ( ๐‘ฆ + 1 ) ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + 1 ) ) ) )
12 11 imbi2d โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ + 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐‘ฅ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( ๐‘ฆ + 1 ) ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + 1 ) ) ) ) )
13 oveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ต โ†’ ( ๐‘ฅ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ต ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) )
14 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ต โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) )
15 13 14 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ต โ†’ ( ( ๐‘ฅ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) โ†” ( ๐ต ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) ) )
16 15 imbi2d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ต โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐‘ฅ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐ต ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) ) ) )
17 eqid โŠข ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) = ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld )
18 cnfldbas โŠข โ„‚ = ( Base โ€˜ โ„‚fld )
19 17 18 mgpbas โŠข โ„‚ = ( Base โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) )
20 cnfld1 โŠข 1 = ( 1r โ€˜ โ„‚fld )
21 17 20 ringidval โŠข 1 = ( 0g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) )
22 eqid โŠข ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) = ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) )
23 19 21 22 mulg0 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( 0 ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = 1 )
24 exp0 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐ด โ†‘ 0 ) = 1 )
25 23 24 eqtr4d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( 0 ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ 0 ) )
26 oveq1 โŠข ( ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) ยท ๐ด ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) ยท ๐ด ) )
27 cnring โŠข โ„‚fld โˆˆ Ring
28 17 ringmgp โŠข ( โ„‚fld โˆˆ Ring โ†’ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) โˆˆ Mnd )
29 27 28 ax-mp โŠข ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) โˆˆ Mnd
30 cnfldmul โŠข ยท = ( .r โ€˜ โ„‚fld )
31 17 30 mgpplusg โŠข ยท = ( +g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) )
32 19 22 31 mulgnn0p1 โŠข ( ( ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) โˆˆ Mnd โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ + 1 ) ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) ยท ๐ด ) )
33 29 32 mp3an1 โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ + 1 ) ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) ยท ๐ด ) )
34 33 ancoms โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ + 1 ) ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) ยท ๐ด ) )
35 expp1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + 1 ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) ยท ๐ด ) )
36 34 35 eqeq12d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ( ๐‘ฆ + 1 ) ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + 1 ) ) โ†” ( ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) ยท ๐ด ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) ยท ๐ด ) ) )
37 26 36 imbitrrid โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ + 1 ) ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + 1 ) ) ) )
38 37 expcom โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ + 1 ) ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + 1 ) ) ) ) )
39 38 a2d โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐‘ฆ ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( ๐‘ฆ + 1 ) ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + 1 ) ) ) ) )
40 4 8 12 16 25 39 nn0ind โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐ต ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) ) )
41 40 impcom โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ต ( .g โ€˜ ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) )