Metamath Proof Explorer


Theorem expcn

Description: The power function on complex numbers, for fixed exponent N , is continuous. (Contributed by Mario Carneiro, 5-May-2014) (Revised by Mario Carneiro, 23-Aug-2014)

Ref Expression
Hypothesis expcn.j โŠข ๐ฝ = ( TopOpen โ€˜ โ„‚fld )
Assertion expcn ( ๐‘ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 expcn.j โŠข ๐ฝ = ( TopOpen โ€˜ โ„‚fld )
2 oveq2 โŠข ( ๐‘› = 0 โ†’ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) = ( ๐‘ฅ โ†‘ 0 ) )
3 2 mpteq2dv โŠข ( ๐‘› = 0 โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ 0 ) ) )
4 3 eleq1d โŠข ( ๐‘› = 0 โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) โ†” ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ 0 ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) )
5 oveq2 โŠข ( ๐‘› = ๐‘˜ โ†’ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) = ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) )
6 5 mpteq2dv โŠข ( ๐‘› = ๐‘˜ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) )
7 6 eleq1d โŠข ( ๐‘› = ๐‘˜ โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) โ†” ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) )
8 oveq2 โŠข ( ๐‘› = ( ๐‘˜ + 1 ) โ†’ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) = ( ๐‘ฅ โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) )
9 8 mpteq2dv โŠข ( ๐‘› = ( ๐‘˜ + 1 ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) )
10 9 eleq1d โŠข ( ๐‘› = ( ๐‘˜ + 1 ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) โ†” ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) )
11 oveq2 โŠข ( ๐‘› = ๐‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) = ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘ ) )
12 11 mpteq2dv โŠข ( ๐‘› = ๐‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘ ) ) )
13 12 eleq1d โŠข ( ๐‘› = ๐‘ โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) โ†” ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) )
14 exp0 โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐‘ฅ โ†‘ 0 ) = 1 )
15 14 mpteq2ia โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ 0 ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ 1 )
16 1 cnfldtopon โŠข ๐ฝ โˆˆ ( TopOn โ€˜ โ„‚ )
17 16 a1i โŠข ( โŠค โ†’ ๐ฝ โˆˆ ( TopOn โ€˜ โ„‚ ) )
18 1cnd โŠข ( โŠค โ†’ 1 โˆˆ โ„‚ )
19 17 17 18 cnmptc โŠข ( โŠค โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ 1 ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) )
20 19 mptru โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ 1 ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ )
21 15 20 eqeltri โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ 0 ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ )
22 oveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘› โ†’ ( ๐‘ฅ โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) = ( ๐‘› โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) )
23 22 cbvmptv โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) = ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘› โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) )
24 id โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„‚ )
25 simpl โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
26 expp1 โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘› โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) = ( ( ๐‘› โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ๐‘› ) )
27 24 25 26 syl2anr โŠข ( ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐‘› โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) = ( ( ๐‘› โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ๐‘› ) )
28 27 mpteq2dva โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) โ†’ ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘› โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) = ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ( ๐‘› โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ๐‘› ) ) )
29 23 28 eqtrid โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) = ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ( ๐‘› โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ๐‘› ) ) )
30 16 a1i โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) โ†’ ๐ฝ โˆˆ ( TopOn โ€˜ โ„‚ ) )
31 oveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘› โ†’ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) = ( ๐‘› โ†‘ ๐‘˜ ) )
32 31 cbvmptv โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) = ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘› โ†‘ ๐‘˜ ) )
33 simpr โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) )
34 32 33 eqeltrrid โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) โ†’ ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘› โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) )
35 30 cnmptid โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) โ†’ ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ๐‘› ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) )
36 1 mulcn โŠข ยท โˆˆ ( ( ๐ฝ ร—t ๐ฝ ) Cn ๐ฝ )
37 36 a1i โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) โ†’ ยท โˆˆ ( ( ๐ฝ ร—t ๐ฝ ) Cn ๐ฝ ) )
38 30 34 35 37 cnmpt12f โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) โ†’ ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ( ๐‘› โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ๐‘› ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) )
39 29 38 eqeltrd โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) )
40 39 ex โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) ) )
41 4 7 10 13 21 40 nn0ind โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†ฆ ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘ ) ) โˆˆ ( ๐ฝ Cn ๐ฝ ) )