Metamath Proof Explorer


Theorem logneg

Description: The natural logarithm of a negative real number. (Contributed by Mario Carneiro, 13-May-2014) (Revised by Mario Carneiro, 3-Apr-2015)

Ref Expression
Assertion logneg ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ - ๐ด ) = ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 relogcl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ )
2 1 recnd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
3 ax-icn โŠข i โˆˆ โ„‚
4 picn โŠข ฯ€ โˆˆ โ„‚
5 3 4 mulcli โŠข ( i ยท ฯ€ ) โˆˆ โ„‚
6 efadd โŠข ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( i ยท ฯ€ ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( exp โ€˜ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) = ( ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( exp โ€˜ ( i ยท ฯ€ ) ) ) )
7 2 5 6 sylancl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( exp โ€˜ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) = ( ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( exp โ€˜ ( i ยท ฯ€ ) ) ) )
8 efipi โŠข ( exp โ€˜ ( i ยท ฯ€ ) ) = - 1
9 8 oveq2i โŠข ( ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( exp โ€˜ ( i ยท ฯ€ ) ) ) = ( ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ยท - 1 )
10 reeflog โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ๐ด )
11 10 oveq1d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ยท - 1 ) = ( ๐ด ยท - 1 ) )
12 9 11 eqtrid โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( exp โ€˜ ( i ยท ฯ€ ) ) ) = ( ๐ด ยท - 1 ) )
13 rpcn โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
14 neg1cn โŠข - 1 โˆˆ โ„‚
15 mulcom โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง - 1 โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐ด ยท - 1 ) = ( - 1 ยท ๐ด ) )
16 13 14 15 sylancl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ๐ด ยท - 1 ) = ( - 1 ยท ๐ด ) )
17 13 mulm1d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( - 1 ยท ๐ด ) = - ๐ด )
18 16 17 eqtrd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ๐ด ยท - 1 ) = - ๐ด )
19 7 12 18 3eqtrd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( exp โ€˜ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) = - ๐ด )
20 19 fveq2d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ ( exp โ€˜ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) ) = ( log โ€˜ - ๐ด ) )
21 addcl โŠข ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( i ยท ฯ€ ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) โˆˆ โ„‚ )
22 2 5 21 sylancl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) โˆˆ โ„‚ )
23 pipos โŠข 0 < ฯ€
24 pire โŠข ฯ€ โˆˆ โ„
25 lt0neg2 โŠข ( ฯ€ โˆˆ โ„ โ†’ ( 0 < ฯ€ โ†” - ฯ€ < 0 ) )
26 24 25 ax-mp โŠข ( 0 < ฯ€ โ†” - ฯ€ < 0 )
27 23 26 mpbi โŠข - ฯ€ < 0
28 24 renegcli โŠข - ฯ€ โˆˆ โ„
29 0re โŠข 0 โˆˆ โ„
30 28 29 24 lttri โŠข ( ( - ฯ€ < 0 โˆง 0 < ฯ€ ) โ†’ - ฯ€ < ฯ€ )
31 27 23 30 mp2an โŠข - ฯ€ < ฯ€
32 crim โŠข ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ โˆง ฯ€ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) = ฯ€ )
33 1 24 32 sylancl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) = ฯ€ )
34 31 33 breqtrrid โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ - ฯ€ < ( โ„‘ โ€˜ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) )
35 24 leidi โŠข ฯ€ โ‰ค ฯ€
36 33 35 eqbrtrdi โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( โ„‘ โ€˜ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) โ‰ค ฯ€ )
37 ellogrn โŠข ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) โˆˆ ran log โ†” ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) โˆˆ โ„‚ โˆง - ฯ€ < ( โ„‘ โ€˜ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) โˆง ( โ„‘ โ€˜ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) โ‰ค ฯ€ ) )
38 22 34 36 37 syl3anbrc โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) โˆˆ ran log )
39 logef โŠข ( ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) โˆˆ ran log โ†’ ( log โ€˜ ( exp โ€˜ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) ) = ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) )
40 38 39 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ ( exp โ€˜ ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) ) ) = ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) )
41 20 40 eqtr3d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ - ๐ด ) = ( ( log โ€˜ ๐ด ) + ( i ยท ฯ€ ) ) )