Metamath Proof Explorer


Theorem expmhm

Description: Exponentiation is a monoid homomorphism from addition to multiplication. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Jun-2015)

Ref Expression
Hypotheses expmhm.1 โŠข ๐‘ = ( โ„‚fld โ†พs โ„•0 )
expmhm.2 โŠข ๐‘€ = ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld )
Assertion expmhm ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ ( ๐‘ MndHom ๐‘€ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 expmhm.1 โŠข ๐‘ = ( โ„‚fld โ†พs โ„•0 )
2 expmhm.2 โŠข ๐‘€ = ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld )
3 expcl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„‚ )
4 3 fmpttd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) : โ„•0 โŸถ โ„‚ )
5 expadd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) ยท ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) ) )
6 5 3expb โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฆ ) ยท ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) ) )
7 nn0addcl โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) โˆˆ โ„•0 )
8 7 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) โˆˆ โ„•0 )
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„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 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„•0 โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 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‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 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„•0 โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 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„•0 โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ง ) )
20 16 19 oveqan12d โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 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‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 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‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) = ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) ) )
23 22 ralrimivva โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„•0 ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) = ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) ) )
24 0nn0 โŠข 0 โˆˆ โ„•0
25 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โ†‘ 0 ) )
26 ovex โŠข ( ๐ด โ†‘ 0 ) โˆˆ V
27 25 10 26 fvmpt โŠข ( 0 โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ 0 ) = ( ๐ด โ†‘ 0 ) )
28 24 27 ax-mp โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ 0 ) = ( ๐ด โ†‘ 0 )
29 exp0 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐ด โ†‘ 0 ) = 1 )
30 28 29 eqtrid โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ 0 ) = 1 )
31 nn0subm โŠข โ„•0 โˆˆ ( SubMnd โ€˜ โ„‚fld )
32 1 submmnd โŠข ( โ„•0 โˆˆ ( SubMnd โ€˜ โ„‚fld ) โ†’ ๐‘ โˆˆ Mnd )
33 31 32 ax-mp โŠข ๐‘ โˆˆ Mnd
34 cnring โŠข โ„‚fld โˆˆ Ring
35 2 ringmgp โŠข ( โ„‚fld โˆˆ Ring โ†’ ๐‘€ โˆˆ Mnd )
36 34 35 ax-mp โŠข ๐‘€ โˆˆ Mnd
37 33 36 pm3.2i โŠข ( ๐‘ โˆˆ Mnd โˆง ๐‘€ โˆˆ Mnd )
38 1 submbas โŠข ( โ„•0 โˆˆ ( SubMnd โ€˜ โ„‚fld ) โ†’ โ„•0 = ( Base โ€˜ ๐‘ ) )
39 31 38 ax-mp โŠข โ„•0 = ( Base โ€˜ ๐‘ )
40 cnfldbas โŠข โ„‚ = ( Base โ€˜ โ„‚fld )
41 2 40 mgpbas โŠข โ„‚ = ( Base โ€˜ ๐‘€ )
42 cnfldadd โŠข + = ( +g โ€˜ โ„‚fld )
43 1 42 ressplusg โŠข ( โ„•0 โˆˆ ( SubMnd โ€˜ โ„‚fld ) โ†’ + = ( +g โ€˜ ๐‘ ) )
44 31 43 ax-mp โŠข + = ( +g โ€˜ ๐‘ )
45 cnfldmul โŠข ยท = ( .r โ€˜ โ„‚fld )
46 2 45 mgpplusg โŠข ยท = ( +g โ€˜ ๐‘€ )
47 cnfld0 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ โ„‚fld )
48 1 47 subm0 โŠข ( โ„•0 โˆˆ ( SubMnd โ€˜ โ„‚fld ) โ†’ 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘ ) )
49 31 48 ax-mp โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘ )
50 cnfld1 โŠข 1 = ( 1r โ€˜ โ„‚fld )
51 2 50 ringidval โŠข 1 = ( 0g โ€˜ ๐‘€ )
52 39 41 44 46 49 51 ismhm โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ ( ๐‘ MndHom ๐‘€ ) โ†” ( ( ๐‘ โˆˆ Mnd โˆง ๐‘€ โˆˆ Mnd ) โˆง ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) : โ„•0 โŸถ โ„‚ โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„•0 ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) = ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) ) โˆง ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ 0 ) = 1 ) ) )
53 37 52 mpbiran โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ ( ๐‘ MndHom ๐‘€ ) โ†” ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) : โ„•0 โŸถ โ„‚ โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„•0 โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„•0 ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ) = ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) ) โˆง ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โ€˜ 0 ) = 1 ) )
54 4 23 30 53 syl3anbrc โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ ( ๐‘ MndHom ๐‘€ ) )