Metamath Proof Explorer


Theorem lognegb

Description: If a number has imaginary part equal to _pi , then it is on the negative real axis and vice-versa. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Sep-2014)

Ref Expression
Assertion lognegb ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( - ๐ด โˆˆ โ„+ โ†” ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ฯ€ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 logneg โŠข ( - ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ - - ๐ด ) = ( ( log โ€˜ - ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) )
2 1 fveq2d โŠข ( - ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ - - ๐ด ) ) = ( โ„‘ โ€˜ ( ( log โ€˜ - ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) )
3 relogcl โŠข ( - ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ - ๐ด ) โˆˆ โ„ )
4 pire โŠข ฯ€ โˆˆ โ„
5 crim โŠข ( ( ( log โ€˜ - ๐ด ) โˆˆ โ„ โˆง ฯ€ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( ( log โ€˜ - ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) = ฯ€ )
6 3 4 5 sylancl โŠข ( - ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( ( log โ€˜ - ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) = ฯ€ )
7 2 6 eqtrd โŠข ( - ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ - - ๐ด ) ) = ฯ€ )
8 negneg โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ - - ๐ด = ๐ด )
9 8 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ - - ๐ด = ๐ด )
10 9 fveq2d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( log โ€˜ - - ๐ด ) = ( log โ€˜ ๐ด ) )
11 10 fveqeq2d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ - - ๐ด ) ) = ฯ€ โ†” ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ฯ€ ) )
12 7 11 imbitrid โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( - ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ฯ€ ) )
13 logcl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
14 13 replimd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( log โ€˜ ๐ด ) = ( ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) )
15 14 fveq2d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ( exp โ€˜ ( ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) )
16 eflog โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ๐ด )
17 13 recld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„ )
18 17 recnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ )
19 ax-icn โŠข i โˆˆ โ„‚
20 13 imcld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„ )
21 20 recnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ )
22 mulcl โŠข ( ( i โˆˆ โ„‚ โˆง ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
23 19 21 22 sylancr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
24 efadd โŠข ( ( ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( exp โ€˜ ( ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) = ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) )
25 18 23 24 syl2anc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( exp โ€˜ ( ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) + ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) = ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) )
26 15 16 25 3eqtr3d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ๐ด = ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) )
27 oveq2 โŠข ( ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ฯ€ โ†’ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( i ยท ฯ€ ) )
28 27 fveq2d โŠข ( ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ฯ€ โ†’ ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) = ( exp โ€˜ ( i ยท ฯ€ ) ) )
29 efipi โŠข ( exp โ€˜ ( i ยท ฯ€ ) ) = - 1
30 28 29 eqtrdi โŠข ( ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ฯ€ โ†’ ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) = - 1 )
31 30 oveq2d โŠข ( ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ฯ€ โ†’ ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) = ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) )
32 31 eqeq2d โŠข ( ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ฯ€ โ†’ ( ๐ด = ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท ( exp โ€˜ ( i ยท ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) ) โ†” ๐ด = ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) ) )
33 26 32 syl5ibcom โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ฯ€ โ†’ ๐ด = ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) ) )
34 17 rpefcld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„+ )
35 34 rpcnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
36 neg1cn โŠข - 1 โˆˆ โ„‚
37 mulcom โŠข ( ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„‚ โˆง - 1 โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) = ( - 1 ยท ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) )
38 35 36 37 sylancl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) = ( - 1 ยท ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) )
39 35 mulm1d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( - 1 ยท ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ) = - ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) )
40 38 39 eqtrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) = - ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) )
41 40 negeqd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ - ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) = - - ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) )
42 35 negnegd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ - - ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) )
43 41 42 eqtrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ - ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) = ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) )
44 43 34 eqeltrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ - ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) โˆˆ โ„+ )
45 negeq โŠข ( ๐ด = ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) โ†’ - ๐ด = - ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) )
46 45 eleq1d โŠข ( ๐ด = ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) โ†’ ( - ๐ด โˆˆ โ„+ โ†” - ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) โˆˆ โ„+ ) )
47 44 46 syl5ibrcom โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ๐ด = ( ( exp โ€˜ ( โ„œ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) ยท - 1 ) โ†’ - ๐ด โˆˆ โ„+ ) )
48 33 47 syld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ฯ€ โ†’ - ๐ด โˆˆ โ„+ ) )
49 12 48 impbid โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โ‰  0 ) โ†’ ( - ๐ด โˆˆ โ„+ โ†” ( โ„‘ โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ฯ€ ) )