Metamath Proof Explorer


Theorem oexpreposd

Description: Lemma for dffltz . TODO-SN?: This can be used to show exp11d holds for all integers when the exponent is odd. The more standard -. 2 || M should be used. (Contributed by SN, 4-Mar-2023)

Ref Expression
Hypotheses oexpreposd.n โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ )
oexpreposd.m โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„• )
oexpreposd.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„• )
Assertion oexpreposd ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 < ๐‘ โ†” 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 oexpreposd.n โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ )
2 oexpreposd.m โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„• )
3 oexpreposd.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„• )
4 1 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 < ๐‘ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ )
5 2 nnzd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ค )
6 5 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 < ๐‘ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ค )
7 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 < ๐‘ ) โ†’ 0 < ๐‘ )
8 expgt0 โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค โˆง 0 < ๐‘ ) โ†’ 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) )
9 4 6 7 8 syl3anc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 < ๐‘ ) โ†’ 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) )
10 9 ex โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 < ๐‘ โ†’ 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) ) )
11 0red โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โˆˆ โ„ )
12 11 1 lttrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 < ๐‘ โ†” ยฌ ( 0 = ๐‘ โˆจ ๐‘ < 0 ) ) )
13 12 notbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ยฌ 0 < ๐‘ โ†” ยฌ ยฌ ( 0 = ๐‘ โˆจ ๐‘ < 0 ) ) )
14 notnotr โŠข ( ยฌ ยฌ ( 0 = ๐‘ โˆจ ๐‘ < 0 ) โ†’ ( 0 = ๐‘ โˆจ ๐‘ < 0 ) )
15 0re โŠข 0 โˆˆ โ„
16 15 ltnri โŠข ยฌ 0 < 0
17 2 0expd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 โ†‘ ๐‘€ ) = 0 )
18 17 breq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 < ( 0 โ†‘ ๐‘€ ) โ†” 0 < 0 ) )
19 16 18 mtbiri โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ 0 < ( 0 โ†‘ ๐‘€ ) )
20 19 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 = ๐‘ ) โ†’ ยฌ 0 < ( 0 โ†‘ ๐‘€ ) )
21 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 = ๐‘ ) โ†’ 0 = ๐‘ )
22 21 eqcomd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 = ๐‘ ) โ†’ ๐‘ = 0 )
23 22 oveq1d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 = ๐‘ ) โ†’ ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) = ( 0 โ†‘ ๐‘€ ) )
24 23 breq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 = ๐‘ ) โ†’ ( 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) โ†” 0 < ( 0 โ†‘ ๐‘€ ) ) )
25 20 24 mtbird โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 = ๐‘ ) โ†’ ยฌ 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) )
26 25 ex โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 = ๐‘ โ†’ ยฌ 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) ) )
27 1 renegcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ - ๐‘ โˆˆ โ„ )
28 27 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 < - ๐‘ ) โ†’ - ๐‘ โˆˆ โ„ )
29 5 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 < - ๐‘ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ค )
30 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 < - ๐‘ ) โ†’ 0 < - ๐‘ )
31 expgt0 โŠข ( ( - ๐‘ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค โˆง 0 < - ๐‘ ) โ†’ 0 < ( - ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) )
32 28 29 30 31 syl3anc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 < - ๐‘ ) โ†’ 0 < ( - ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) )
33 32 ex โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 < - ๐‘ โ†’ 0 < ( - ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) ) )
34 1 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„‚ )
35 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค )
36 zq โŠข ( ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค โ†’ ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„š )
37 36 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„š )
38 qden1elz โŠข ( ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„š โ†’ ( ( denom โ€˜ ( ๐‘€ / 2 ) ) = 1 โ†” ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) )
39 37 38 syl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( denom โ€˜ ( ๐‘€ / 2 ) ) = 1 โ†” ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) )
40 35 39 mpbird โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( denom โ€˜ ( ๐‘€ / 2 ) ) = 1 )
41 40 oveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ๐‘€ / 2 ) ยท ( denom โ€˜ ( ๐‘€ / 2 ) ) ) = ( ( ๐‘€ / 2 ) ยท 1 ) )
42 qmuldeneqnum โŠข ( ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„š โ†’ ( ( ๐‘€ / 2 ) ยท ( denom โ€˜ ( ๐‘€ / 2 ) ) ) = ( numer โ€˜ ( ๐‘€ / 2 ) ) )
43 37 42 syl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ๐‘€ / 2 ) ยท ( denom โ€˜ ( ๐‘€ / 2 ) ) ) = ( numer โ€˜ ( ๐‘€ / 2 ) ) )
44 35 zcnd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„‚ )
45 44 mulid1d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ๐‘€ / 2 ) ยท 1 ) = ( ๐‘€ / 2 ) )
46 41 43 45 3eqtr3rd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘€ / 2 ) = ( numer โ€˜ ( ๐‘€ / 2 ) ) )
47 2 nnred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ )
48 2re โŠข 2 โˆˆ โ„
49 48 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โˆˆ โ„ )
50 2 nngt0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < ๐‘€ )
51 2pos โŠข 0 < 2
52 51 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < 2 )
53 47 49 50 52 divgt0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < ( ๐‘€ / 2 ) )
54 qgt0numnn โŠข ( ( ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„š โˆง 0 < ( ๐‘€ / 2 ) ) โ†’ ( numer โ€˜ ( ๐‘€ / 2 ) ) โˆˆ โ„• )
55 36 53 54 syl2anr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( numer โ€˜ ( ๐‘€ / 2 ) ) โˆˆ โ„• )
56 46 55 eqeltrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„• )
57 3 56 mtand โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค )
58 evend2 โŠข ( ๐‘€ โˆˆ โ„ค โ†’ ( 2 โˆฅ ๐‘€ โ†” ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) )
59 5 58 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 โˆฅ ๐‘€ โ†” ( ๐‘€ / 2 ) โˆˆ โ„ค ) )
60 57 59 mtbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ )
61 oexpneg โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„• โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( - ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) = - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) )
62 34 2 60 61 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( - ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) = - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) )
63 62 breq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 < ( - ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) โ†” 0 < - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) ) )
64 63 biimpd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 < ( - ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) โ†’ 0 < - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) ) )
65 2 nnnn0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„•0 )
66 1 65 reexpcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ โ„ )
67 66 renegcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ โ„ )
68 11 67 lttrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 < - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) โ†” ยฌ ( 0 = - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) โˆจ - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) < 0 ) ) )
69 pm2.46 โŠข ( ยฌ ( 0 = - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) โˆจ - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) < 0 ) โ†’ ยฌ - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) < 0 )
70 68 69 syl6bi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 < - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) โ†’ ยฌ - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) < 0 ) )
71 33 64 70 3syld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 < - ๐‘ โ†’ ยฌ - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) < 0 ) )
72 1 lt0neg1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ < 0 โ†” 0 < - ๐‘ ) )
73 66 lt0neg2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) โ†” - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) < 0 ) )
74 73 notbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ยฌ 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) โ†” ยฌ - ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) < 0 ) )
75 71 72 74 3imtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ < 0 โ†’ ยฌ 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) ) )
76 26 75 jaod โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 0 = ๐‘ โˆจ ๐‘ < 0 ) โ†’ ยฌ 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) ) )
77 14 76 syl5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ยฌ ยฌ ( 0 = ๐‘ โˆจ ๐‘ < 0 ) โ†’ ยฌ 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) ) )
78 13 77 sylbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ยฌ 0 < ๐‘ โ†’ ยฌ 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) ) )
79 10 78 impcon4bid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 < ๐‘ โ†” 0 < ( ๐‘ โ†‘ ๐‘€ ) ) )