Metamath Proof Explorer


Theorem expneg

Description: Value of a complex number raised to a nonpositive integer power. When A = 0 and N is nonzero, both sides have the "value" ( 1 / 0 ) ; relying on that should be avoid in applications. (Contributed by Mario Carneiro, 4-Jun-2014)

Ref Expression
Assertion expneg ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ - ๐‘ ) = ( 1 / ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 elnn0 โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„•0 โ†” ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆจ ๐‘ = 0 ) )
2 nnne0 โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘ โ‰  0 )
3 2 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘ โ‰  0 )
4 nncn โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„‚ )
5 4 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„‚ )
6 5 negeq0d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘ = 0 โ†” - ๐‘ = 0 ) )
7 6 necon3abid โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘ โ‰  0 โ†” ยฌ - ๐‘ = 0 ) )
8 3 7 mpbid โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ยฌ - ๐‘ = 0 )
9 8 iffalsed โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ if ( - ๐‘ = 0 , 1 , if ( 0 < - ๐‘ , ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - ๐‘ ) , ( 1 / ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - - ๐‘ ) ) ) ) = if ( 0 < - ๐‘ , ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - ๐‘ ) , ( 1 / ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - - ๐‘ ) ) ) )
10 nnnn0 โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„•0 )
11 10 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„•0 )
12 nn0nlt0 โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„•0 โ†’ ยฌ ๐‘ < 0 )
13 11 12 syl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ยฌ ๐‘ < 0 )
14 11 nn0red โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ )
15 14 lt0neg1d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘ < 0 โ†” 0 < - ๐‘ ) )
16 13 15 mtbid โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ยฌ 0 < - ๐‘ )
17 16 iffalsed โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ if ( 0 < - ๐‘ , ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - ๐‘ ) , ( 1 / ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - - ๐‘ ) ) ) = ( 1 / ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - - ๐‘ ) ) )
18 5 negnegd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ - - ๐‘ = ๐‘ )
19 18 fveq2d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - - ๐‘ ) = ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ ๐‘ ) )
20 19 oveq2d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 / ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - - ๐‘ ) ) = ( 1 / ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ ๐‘ ) ) )
21 9 17 20 3eqtrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ if ( - ๐‘ = 0 , 1 , if ( 0 < - ๐‘ , ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - ๐‘ ) , ( 1 / ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - - ๐‘ ) ) ) ) = ( 1 / ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ ๐‘ ) ) )
22 nnnegz โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ - ๐‘ โˆˆ โ„ค )
23 expval โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง - ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ - ๐‘ ) = if ( - ๐‘ = 0 , 1 , if ( 0 < - ๐‘ , ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - ๐‘ ) , ( 1 / ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - - ๐‘ ) ) ) ) )
24 22 23 sylan2 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ - ๐‘ ) = if ( - ๐‘ = 0 , 1 , if ( 0 < - ๐‘ , ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - ๐‘ ) , ( 1 / ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ - - ๐‘ ) ) ) ) )
25 expnnval โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) = ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ ๐‘ ) )
26 25 oveq2d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 / ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) ) = ( 1 / ( seq 1 ( ยท , ( โ„• ร— { ๐ด } ) ) โ€˜ ๐‘ ) ) )
27 21 24 26 3eqtr4d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ - ๐‘ ) = ( 1 / ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) ) )
28 1div1e1 โŠข ( 1 / 1 ) = 1
29 28 eqcomi โŠข 1 = ( 1 / 1 )
30 negeq โŠข ( ๐‘ = 0 โ†’ - ๐‘ = - 0 )
31 neg0 โŠข - 0 = 0
32 30 31 eqtrdi โŠข ( ๐‘ = 0 โ†’ - ๐‘ = 0 )
33 32 oveq2d โŠข ( ๐‘ = 0 โ†’ ( ๐ด โ†‘ - ๐‘ ) = ( ๐ด โ†‘ 0 ) )
34 exp0 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐ด โ†‘ 0 ) = 1 )
35 33 34 sylan9eqr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ = 0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ - ๐‘ ) = 1 )
36 oveq2 โŠข ( ๐‘ = 0 โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) = ( ๐ด โ†‘ 0 ) )
37 36 34 sylan9eqr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ = 0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) = 1 )
38 37 oveq2d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ = 0 ) โ†’ ( 1 / ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) ) = ( 1 / 1 ) )
39 29 35 38 3eqtr4a โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ = 0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ - ๐‘ ) = ( 1 / ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) ) )
40 27 39 jaodan โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆจ ๐‘ = 0 ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ - ๐‘ ) = ( 1 / ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) ) )
41 1 40 sylan2b โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ†‘ - ๐‘ ) = ( 1 / ( ๐ด โ†‘ ๐‘ ) ) )