Metamath Proof Explorer


Theorem expcllem

Description: Lemma for proving nonnegative integer exponentiation closure laws. (Contributed by NM, 14-Dec-2005)

Ref Expression
Hypotheses expcllem.1 โŠข ๐น โІ โ„‚
expcllem.2 โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐น โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐น ) โ†’ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐น )
expcllem.3 โŠข 1 โˆˆ ๐น
Assertion expcllem ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โˆง ๐ต โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) โˆˆ ๐น )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 expcllem.1 โŠข ๐น โІ โ„‚
2 expcllem.2 โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐น โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐น ) โ†’ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐น )
3 expcllem.3 โŠข 1 โˆˆ ๐น
4 elnn0 โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„•0 โ†” ( ๐ต โˆˆ โ„• โˆจ ๐ต = 0 ) )
5 oveq2 โŠข ( ๐‘ง = 1 โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) = ( ๐ด โ†‘ 1 ) )
6 5 eleq1d โŠข ( ๐‘ง = 1 โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) โˆˆ ๐น โ†” ( ๐ด โ†‘ 1 ) โˆˆ ๐น ) )
7 6 imbi2d โŠข ( ๐‘ง = 1 โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) โˆˆ ๐น ) โ†” ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ 1 ) โˆˆ ๐น ) ) )
8 oveq2 โŠข ( ๐‘ง = ๐‘ค โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) )
9 8 eleq1d โŠข ( ๐‘ง = ๐‘ค โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) โˆˆ ๐น โ†” ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) โˆˆ ๐น ) )
10 9 imbi2d โŠข ( ๐‘ง = ๐‘ค โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) โˆˆ ๐น ) โ†” ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) โˆˆ ๐น ) ) )
11 oveq2 โŠข ( ๐‘ง = ( ๐‘ค + 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) = ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ค + 1 ) ) )
12 11 eleq1d โŠข ( ๐‘ง = ( ๐‘ค + 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) โˆˆ ๐น โ†” ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ค + 1 ) ) โˆˆ ๐น ) )
13 12 imbi2d โŠข ( ๐‘ง = ( ๐‘ค + 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) โˆˆ ๐น ) โ†” ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ค + 1 ) ) โˆˆ ๐น ) ) )
14 oveq2 โŠข ( ๐‘ง = ๐ต โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) = ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) )
15 14 eleq1d โŠข ( ๐‘ง = ๐ต โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) โˆˆ ๐น โ†” ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) โˆˆ ๐น ) )
16 15 imbi2d โŠข ( ๐‘ง = ๐ต โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) โˆˆ ๐น ) โ†” ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) โˆˆ ๐น ) ) )
17 1 sseli โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
18 exp1 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐ด โ†‘ 1 ) = ๐ด )
19 17 18 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ 1 ) = ๐ด )
20 19 eleq1d โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ 1 ) โˆˆ ๐น โ†” ๐ด โˆˆ ๐น ) )
21 20 ibir โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ 1 ) โˆˆ ๐น )
22 2 caovcl โŠข ( ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) โˆˆ ๐น โˆง ๐ด โˆˆ ๐น ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) ยท ๐ด ) โˆˆ ๐น )
23 22 ancoms โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โˆง ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) โˆˆ ๐น ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) ยท ๐ด ) โˆˆ ๐น )
24 23 adantlr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) โˆˆ ๐น ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) ยท ๐ด ) โˆˆ ๐น )
25 nnnn0 โŠข ( ๐‘ค โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘ค โˆˆ โ„•0 )
26 expp1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ค + 1 ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) ยท ๐ด ) )
27 17 25 26 syl2an โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ค + 1 ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) ยท ๐ด ) )
28 27 eleq1d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ค + 1 ) ) โˆˆ ๐น โ†” ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) ยท ๐ด ) โˆˆ ๐น ) )
29 28 adantr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) โˆˆ ๐น ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ค + 1 ) ) โˆˆ ๐น โ†” ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) ยท ๐ด ) โˆˆ ๐น ) )
30 24 29 mpbird โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) โˆˆ ๐น ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ค + 1 ) ) โˆˆ ๐น )
31 30 exp31 โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐‘ค โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ค + 1 ) ) โˆˆ ๐น ) ) )
32 31 com12 โŠข ( ๐‘ค โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ค + 1 ) ) โˆˆ ๐น ) ) )
33 32 a2d โŠข ( ๐‘ค โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ค ) โˆˆ ๐น ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ค + 1 ) ) โˆˆ ๐น ) ) )
34 7 10 13 16 21 33 nnind โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) โˆˆ ๐น ) )
35 34 impcom โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) โˆˆ ๐น )
36 oveq2 โŠข ( ๐ต = 0 โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) = ( ๐ด โ†‘ 0 ) )
37 exp0 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐ด โ†‘ 0 ) = 1 )
38 17 37 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐น โ†’ ( ๐ด โ†‘ 0 ) = 1 )
39 36 38 sylan9eqr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โˆง ๐ต = 0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) = 1 )
40 39 3 eqeltrdi โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โˆง ๐ต = 0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) โˆˆ ๐น )
41 35 40 jaodan โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โˆง ( ๐ต โˆˆ โ„• โˆจ ๐ต = 0 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) โˆˆ ๐น )
42 4 41 sylan2b โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐น โˆง ๐ต โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐ต ) โˆˆ ๐น )