Metamath Proof Explorer


Theorem leexp2r

Description: Weak ordering relationship for exponentiation of a fixed real base in [ 0 , 1 ] to integer exponents. (Contributed by Paul Chapman, 14-Jan-2008) (Revised by Mario Carneiro, 29-Apr-2014)

Ref Expression
Assertion leexp2r ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 oveq2 โŠข ( ๐‘— = ๐‘€ โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘— ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) )
2 1 breq1d โŠข ( ๐‘— = ๐‘€ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘— ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) โ†” ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) )
3 2 imbi2d โŠข ( ๐‘— = ๐‘€ โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘— ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) โ†” ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) ) )
4 oveq2 โŠข ( ๐‘— = ๐‘˜ โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘— ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) )
5 4 breq1d โŠข ( ๐‘— = ๐‘˜ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘— ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) โ†” ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) )
6 5 imbi2d โŠข ( ๐‘— = ๐‘˜ โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘— ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) โ†” ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) ) )
7 oveq2 โŠข ( ๐‘— = ( ๐‘˜ + 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘— ) = ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) )
8 7 breq1d โŠข ( ๐‘— = ( ๐‘˜ + 1 ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘— ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) โ†” ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) )
9 8 imbi2d โŠข ( ๐‘— = ( ๐‘˜ + 1 ) โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘— ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) โ†” ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) ) )
10 oveq2 โŠข ( ๐‘— = ๐‘ โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘— ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) )
11 10 breq1d โŠข ( ๐‘— = ๐‘ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘— ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) โ†” ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) )
12 11 imbi2d โŠข ( ๐‘— = ๐‘ โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘— ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) โ†” ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) ) )
13 reexpcl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ โ„ )
14 13 adantr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ โ„ )
15 14 leidd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) )
16 simprll โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
17 1red โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ 1 โˆˆ โ„ )
18 simprlr โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„•0 )
19 simpl โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) )
20 eluznn0 โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
21 18 19 20 syl2anc โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
22 reexpcl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ )
23 16 21 22 syl2anc โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ )
24 simprrl โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ 0 โ‰ค ๐ด )
25 expge0 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) )
26 16 21 24 25 syl3anc โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) )
27 simprrr โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ๐ด โ‰ค 1 )
28 16 17 23 26 27 lemul2ad โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ๐ด ) โ‰ค ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) ยท 1 ) )
29 16 recnd โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
30 expp1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ๐ด ) )
31 29 21 30 syl2anc โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ๐ด ) )
32 23 recnd โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
33 32 mulridd โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) ยท 1 ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) )
34 33 eqcomd โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) = ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) ยท 1 ) )
35 28 31 34 3brtr4d โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) )
36 peano2nn0 โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ๐‘˜ + 1 ) โˆˆ โ„•0 )
37 21 36 syl โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ( ๐‘˜ + 1 ) โˆˆ โ„•0 )
38 reexpcl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ( ๐‘˜ + 1 ) โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) โˆˆ โ„ )
39 16 37 38 syl2anc โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) โˆˆ โ„ )
40 13 ad2antrl โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ โ„ )
41 letr โŠข ( ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) โˆˆ โ„ โˆง ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ โˆง ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) โˆง ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) )
42 39 23 40 41 syl3anc โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) โˆง ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) )
43 35 42 mpand โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โˆง ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) )
44 43 ex โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) ) )
45 44 a2d โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘˜ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) โ†’ ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ๐‘˜ + 1 ) ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) ) )
46 3 6 9 12 15 45 uzind4i โŠข ( ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) )
47 46 expd โŠข ( ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) ) )
48 47 com12 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ ( ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) ) )
49 48 3impia โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†’ ( ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) ) )
50 49 imp โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( 0 โ‰ค ๐ด โˆง ๐ด โ‰ค 1 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) โ‰ค ( ๐ด โ†‘ ๐‘€ ) )