Metamath Proof Explorer


Theorem relogbmul

Description: The logarithm of the product of two positive real numbers is the sum of logarithms. Property 2 of Cohen4 p. 361. (Contributed by Stefan O'Rear, 19-Sep-2014) (Revised by AV, 29-May-2020)

Ref Expression
Assertion relogbmul ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) ) โ†’ ( ๐ต logb ( ๐ด ยท ๐ถ ) ) = ( ( ๐ต logb ๐ด ) + ( ๐ต logb ๐ถ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 relogmul โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) โ†’ ( log โ€˜ ( ๐ด ยท ๐ถ ) ) = ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( log โ€˜ ๐ถ ) ) )
2 1 adantl โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) ) โ†’ ( log โ€˜ ( ๐ด ยท ๐ถ ) ) = ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( log โ€˜ ๐ถ ) ) )
3 2 oveq1d โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) ) โ†’ ( ( log โ€˜ ( ๐ด ยท ๐ถ ) ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) = ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( log โ€˜ ๐ถ ) ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) )
4 relogcl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ )
5 4 recnd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
6 5 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) โ†’ ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
7 relogcl โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ ๐ถ ) โˆˆ โ„ )
8 7 recnd โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ ๐ถ ) โˆˆ โ„‚ )
9 8 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) โ†’ ( log โ€˜ ๐ถ ) โˆˆ โ„‚ )
10 eldifpr โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โ†” ( ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โ‰  0 โˆง ๐ต โ‰  1 ) )
11 3simpa โŠข ( ( ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โ‰  0 โˆง ๐ต โ‰  1 ) โ†’ ( ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โ‰  0 ) )
12 10 11 sylbi โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โ†’ ( ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โ‰  0 ) )
13 logcl โŠข ( ( ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โ‰  0 ) โ†’ ( log โ€˜ ๐ต ) โˆˆ โ„‚ )
14 12 13 syl โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โ†’ ( log โ€˜ ๐ต ) โˆˆ โ„‚ )
15 logccne0 โŠข ( ( ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โ‰  0 โˆง ๐ต โ‰  1 ) โ†’ ( log โ€˜ ๐ต ) โ‰  0 )
16 10 15 sylbi โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โ†’ ( log โ€˜ ๐ต ) โ‰  0 )
17 14 16 jca โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โ†’ ( ( log โ€˜ ๐ต ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( log โ€˜ ๐ต ) โ‰  0 ) )
18 17 adantr โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) ) โ†’ ( ( log โ€˜ ๐ต ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( log โ€˜ ๐ต ) โ‰  0 ) )
19 divdir โŠข ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( log โ€˜ ๐ถ ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ( log โ€˜ ๐ต ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( log โ€˜ ๐ต ) โ‰  0 ) ) โ†’ ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( log โ€˜ ๐ถ ) ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) = ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) + ( ( log โ€˜ ๐ถ ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) ) )
20 6 9 18 19 syl2an23an โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) ) โ†’ ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( log โ€˜ ๐ถ ) ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) = ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) + ( ( log โ€˜ ๐ถ ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) ) )
21 3 20 eqtrd โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) ) โ†’ ( ( log โ€˜ ( ๐ด ยท ๐ถ ) ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) = ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) + ( ( log โ€˜ ๐ถ ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) ) )
22 rpcn โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
23 rpcn โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„+ โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
24 mulcl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐ด ยท ๐ถ ) โˆˆ โ„‚ )
25 22 23 24 syl2an โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) โ†’ ( ๐ด ยท ๐ถ ) โˆˆ โ„‚ )
26 22 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
27 23 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
28 rpne0 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ๐ด โ‰  0 )
29 28 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) โ†’ ๐ด โ‰  0 )
30 rpne0 โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„+ โ†’ ๐ถ โ‰  0 )
31 30 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) โ†’ ๐ถ โ‰  0 )
32 26 27 29 31 mulne0d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) โ†’ ( ๐ด ยท ๐ถ ) โ‰  0 )
33 eldifsn โŠข ( ( ๐ด ยท ๐ถ ) โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†” ( ( ๐ด ยท ๐ถ ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐ด ยท ๐ถ ) โ‰  0 ) )
34 25 32 33 sylanbrc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) โ†’ ( ๐ด ยท ๐ถ ) โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
35 logbval โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ( ๐ด ยท ๐ถ ) โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( ๐ต logb ( ๐ด ยท ๐ถ ) ) = ( ( log โ€˜ ( ๐ด ยท ๐ถ ) ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) )
36 34 35 sylan2 โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) ) โ†’ ( ๐ต logb ( ๐ด ยท ๐ถ ) ) = ( ( log โ€˜ ( ๐ด ยท ๐ถ ) ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) )
37 rpcndif0 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ๐ด โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
38 37 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) โ†’ ๐ด โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
39 logbval โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ๐ด โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( ๐ต logb ๐ด ) = ( ( log โ€˜ ๐ด ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) )
40 38 39 sylan2 โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) ) โ†’ ( ๐ต logb ๐ด ) = ( ( log โ€˜ ๐ด ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) )
41 rpcndif0 โŠข ( ๐ถ โˆˆ โ„+ โ†’ ๐ถ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
42 41 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) โ†’ ๐ถ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
43 logbval โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ๐ถ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( ๐ต logb ๐ถ ) = ( ( log โ€˜ ๐ถ ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) )
44 42 43 sylan2 โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) ) โ†’ ( ๐ต logb ๐ถ ) = ( ( log โ€˜ ๐ถ ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) )
45 40 44 oveq12d โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) ) โ†’ ( ( ๐ต logb ๐ด ) + ( ๐ต logb ๐ถ ) ) = ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) + ( ( log โ€˜ ๐ถ ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) ) )
46 21 36 45 3eqtr4d โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐ถ โˆˆ โ„+ ) ) โ†’ ( ๐ต logb ( ๐ด ยท ๐ถ ) ) = ( ( ๐ต logb ๐ด ) + ( ๐ต logb ๐ถ ) ) )