Metamath Proof Explorer


Theorem oexpneg

Description: The exponential of the negative of a number, when the exponent is odd. (Contributed by Mario Carneiro, 25-Apr-2015) (Proof shortened by AV, 10-Jul-2022)

Ref Expression
Assertion oexpneg ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โ†’ ( - ๐ด โ†‘ ๐‘ ) = - ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 nnz โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ค )
2 odd2np1 โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„ค โ†’ ( ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ โ†” โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) )
3 1 2 syl โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ( ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ โ†” โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) )
4 3 biimpa โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โ†’ โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ )
5 4 3adant1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โ†’ โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ )
6 simpl1 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
7 simprr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ )
8 simpl2 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
9 8 nncnd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„‚ )
10 1cnd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ 1 โˆˆ โ„‚ )
11 2z โŠข 2 โˆˆ โ„ค
12 simprl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„ค )
13 zmulcl โŠข ( ( 2 โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘› โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( 2 ยท ๐‘› ) โˆˆ โ„ค )
14 11 12 13 sylancr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( 2 ยท ๐‘› ) โˆˆ โ„ค )
15 14 zcnd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( 2 ยท ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ )
16 9 10 15 subadd2d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ โˆ’ 1 ) = ( 2 ยท ๐‘› ) โ†” ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) )
17 7 16 mpbird โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆ’ 1 ) = ( 2 ยท ๐‘› ) )
18 nnm1nn0 โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐‘ โˆ’ 1 ) โˆˆ โ„•0 )
19 8 18 syl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆ’ 1 ) โˆˆ โ„•0 )
20 17 19 eqeltrrd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( 2 ยท ๐‘› ) โˆˆ โ„•0 )
21 6 20 expcld โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) โˆˆ โ„‚ )
22 21 6 mulneg2d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท - ๐ด ) = - ( ( ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท ๐ด ) )
23 sqneg โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( - ๐ด โ†‘ 2 ) = ( ๐ด โ†‘ 2 ) )
24 6 23 syl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( - ๐ด โ†‘ 2 ) = ( ๐ด โ†‘ 2 ) )
25 24 oveq1d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ( - ๐ด โ†‘ 2 ) โ†‘ ๐‘› ) = ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) โ†‘ ๐‘› ) )
26 6 negcld โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ - ๐ด โˆˆ โ„‚ )
27 2rp โŠข 2 โˆˆ โ„+
28 27 a1i โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ 2 โˆˆ โ„+ )
29 12 zred โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„ )
30 20 nn0ge0d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ 0 โ‰ค ( 2 ยท ๐‘› ) )
31 28 29 30 prodge0rd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ 0 โ‰ค ๐‘› )
32 elnn0z โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†” ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง 0 โ‰ค ๐‘› ) )
33 12 31 32 sylanbrc โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•0 )
34 2nn0 โŠข 2 โˆˆ โ„•0
35 34 a1i โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ 2 โˆˆ โ„•0 )
36 26 33 35 expmuld โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( - ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) = ( ( - ๐ด โ†‘ 2 ) โ†‘ ๐‘› ) )
37 6 33 35 expmuld โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ 2 ) โ†‘ ๐‘› ) )
38 25 36 37 3eqtr4d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( - ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) = ( ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) )
39 38 oveq1d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ( - ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท - ๐ด ) = ( ( ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท - ๐ด ) )
40 26 20 expp1d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( - ๐ด โ†‘ ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) ) = ( ( - ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท - ๐ด ) )
41 7 oveq2d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( - ๐ด โ†‘ ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) ) = ( - ๐ด โ†‘ ๐‘ ) )
42 40 41 eqtr3d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ( - ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท - ๐ด ) = ( - ๐ด โ†‘ ๐‘ ) )
43 39 42 eqtr3d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท - ๐ด ) = ( - ๐ด โ†‘ ๐‘ ) )
44 22 43 eqtr3d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ - ( ( ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท ๐ด ) = ( - ๐ด โ†‘ ๐‘ ) )
45 6 20 expp1d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) ) = ( ( ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท ๐ด ) )
46 7 oveq2d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) )
47 45 46 eqtr3d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท ๐ด ) = ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) )
48 47 negeqd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ - ( ( ๐ด โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท ๐ด ) = - ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) )
49 44 48 eqtr3d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) ) โ†’ ( - ๐ด โ†‘ ๐‘ ) = - ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) )
50 5 49 rexlimddv โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ ) โ†’ ( - ๐ด โ†‘ ๐‘ ) = - ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) )