Metamath Proof Explorer


Theorem expghm

Description: Exponentiation is a group homomorphism from addition to multiplication. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Jun-2015) (Revised by AV, 10-Jun-2019)

Ref Expression
Hypotheses expghm.m โŠข ๐‘€ = ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld )
expghm.u โŠข ๐‘ˆ = ( ๐‘€ โ†พs ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
Assertion expghm ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ ( โ„คring GrpHom ๐‘ˆ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 expghm.m โŠข ๐‘€ = ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld )
2 expghm.u โŠข ๐‘ˆ = ( ๐‘€ โ†พs ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
3 expclzlem โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
4 3 3expa โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
5 4 fmpttd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) : โ„ค โŸถ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
6 expaddz โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„ค ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) ยท ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) ) )
7 zaddcl โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) โˆˆ โ„ค )
8 7 adantl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„ค ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) โˆˆ โ„ค )
9 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) )
10 eqid โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) )
11 ovex โŠข ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) โˆˆ V
12 9 10 11 fvmpt โŠข ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) โˆˆ โ„ค โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) = ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) )
13 8 12 syl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„ค ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) = ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) )
14 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) )
15 ovex โŠข ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) โˆˆ V
16 14 10 15 fvmpt โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) )
17 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) )
18 ovex โŠข ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) โˆˆ V
19 17 10 18 fvmpt โŠข ( ๐‘ง โˆˆ โ„ค โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) )
20 16 19 oveqan12d โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) ยท ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) ) )
21 20 adantl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„ค ) ) โ†’ ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) ยท ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) ) )
22 6 13 21 3eqtr4d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„ค ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) = ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) ) )
23 22 ralrimivva โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„ค ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) = ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) ) )
24 zringgrp โŠข โ„คring โˆˆ Grp
25 cnring โŠข โ„‚fld โˆˆ Ring
26 cnfldbas โŠข โ„‚ = ( Base โ€˜ โ„‚fld )
27 cnfld0 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ โ„‚fld )
28 cndrng โŠข โ„‚fld โˆˆ DivRing
29 26 27 28 drngui โŠข ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) = ( Unit โ€˜ โ„‚fld )
30 1 oveq1i โŠข ( ๐‘€ โ†พs ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ) = ( ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) โ†พs ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
31 2 30 eqtri โŠข ๐‘ˆ = ( ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) โ†พs ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
32 29 31 unitgrp โŠข ( โ„‚fld โˆˆ Ring โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ Grp )
33 25 32 ax-mp โŠข ๐‘ˆ โˆˆ Grp
34 24 33 pm3.2i โŠข ( โ„คring โˆˆ Grp โˆง ๐‘ˆ โˆˆ Grp )
35 zringbas โŠข โ„ค = ( Base โ€˜ โ„คring )
36 difss โŠข ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โŠ† โ„‚
37 1 26 mgpbas โŠข โ„‚ = ( Base โ€˜ ๐‘€ )
38 2 37 ressbas2 โŠข ( ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โŠ† โ„‚ โ†’ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) )
39 36 38 ax-mp โŠข ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ )
40 zringplusg โŠข + = ( +g โ€˜ โ„คring )
41 29 fvexi โŠข ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โˆˆ V
42 cnfldmul โŠข ยท = ( .r โ€˜ โ„‚fld )
43 1 42 mgpplusg โŠข ยท = ( +g โ€˜ ๐‘€ )
44 2 43 ressplusg โŠข ( ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โˆˆ V โ†’ ยท = ( +g โ€˜ ๐‘ˆ ) )
45 41 44 ax-mp โŠข ยท = ( +g โ€˜ ๐‘ˆ )
46 35 39 40 45 isghm โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ ( โ„คring GrpHom ๐‘ˆ ) โ†” ( ( โ„คring โˆˆ Grp โˆง ๐‘ˆ โˆˆ Grp ) โˆง ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) : โ„ค โŸถ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„ค ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) = ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) ) ) ) )
47 34 46 mpbiran โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ ( โ„คring GrpHom ๐‘ˆ ) โ†” ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) : โ„ค โŸถ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ค โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„ค ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) = ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) ) ) )
48 5 23 47 sylanbrc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ค โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ ( โ„คring GrpHom ๐‘ˆ ) )