Metamath Proof Explorer


Theorem m1exp1

Description: Exponentiation of negative one is one iff the exponent is even. (Contributed by AV, 20-Jun-2021)

Ref Expression
Assertion m1exp1 ( ๐‘ โˆˆ โ„ค โ†’ ( ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = 1 โ†” 2 โˆฅ ๐‘ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2z โŠข 2 โˆˆ โ„ค
2 divides โŠข ( ( 2 โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( 2 โˆฅ ๐‘ โ†” โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ( ๐‘› ยท 2 ) = ๐‘ ) )
3 1 2 mpan โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„ค โ†’ ( 2 โˆฅ ๐‘ โ†” โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ( ๐‘› ยท 2 ) = ๐‘ ) )
4 oveq2 โŠข ( ๐‘ = ( ๐‘› ยท 2 ) โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = ( - 1 โ†‘ ( ๐‘› ยท 2 ) ) )
5 4 eqcoms โŠข ( ( ๐‘› ยท 2 ) = ๐‘ โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = ( - 1 โ†‘ ( ๐‘› ยท 2 ) ) )
6 zcn โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„‚ )
7 2cnd โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ 2 โˆˆ โ„‚ )
8 6 7 mulcomd โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ ( ๐‘› ยท 2 ) = ( 2 ยท ๐‘› ) )
9 8 oveq2d โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ ( - 1 โ†‘ ( ๐‘› ยท 2 ) ) = ( - 1 โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) )
10 m1expeven โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ ( - 1 โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) = 1 )
11 9 10 eqtrd โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ ( - 1 โ†‘ ( ๐‘› ยท 2 ) ) = 1 )
12 5 11 sylan9eqr โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ๐‘› ยท 2 ) = ๐‘ ) โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = 1 )
13 12 rexlimiva โŠข ( โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ( ๐‘› ยท 2 ) = ๐‘ โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = 1 )
14 3 13 biimtrdi โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„ค โ†’ ( 2 โˆฅ ๐‘ โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = 1 ) )
15 14 impcom โŠข ( ( 2 โˆฅ ๐‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = 1 )
16 simpl โŠข ( ( 2 โˆฅ ๐‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ 2 โˆฅ ๐‘ )
17 15 16 2thd โŠข ( ( 2 โˆฅ ๐‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = 1 โ†” 2 โˆฅ ๐‘ ) )
18 ax-1ne0 โŠข 1 โ‰  0
19 eqcom โŠข ( - 1 = 1 โ†” 1 = - 1 )
20 ax-1cn โŠข 1 โˆˆ โ„‚
21 20 eqnegi โŠข ( 1 = - 1 โ†” 1 = 0 )
22 19 21 bitri โŠข ( - 1 = 1 โ†” 1 = 0 )
23 18 22 nemtbir โŠข ยฌ - 1 = 1
24 odd2np1 โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„ค โ†’ ( ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ โ†” โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) )
25 oveq2 โŠข ( ๐‘ = ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = ( - 1 โ†‘ ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) ) )
26 25 eqcoms โŠข ( ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = ( - 1 โ†‘ ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) ) )
27 neg1cn โŠข - 1 โˆˆ โ„‚
28 27 a1i โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ - 1 โˆˆ โ„‚ )
29 neg1ne0 โŠข - 1 โ‰  0
30 29 a1i โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ - 1 โ‰  0 )
31 1 a1i โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ 2 โˆˆ โ„ค )
32 id โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„ค )
33 31 32 zmulcld โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ ( 2 ยท ๐‘› ) โˆˆ โ„ค )
34 28 30 33 expp1zd โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ ( - 1 โ†‘ ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) ) = ( ( - 1 โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท - 1 ) )
35 10 oveq1d โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ ( ( - 1 โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท - 1 ) = ( 1 ยท - 1 ) )
36 27 mullidi โŠข ( 1 ยท - 1 ) = - 1
37 35 36 eqtrdi โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ ( ( - 1 โ†‘ ( 2 ยท ๐‘› ) ) ยท - 1 ) = - 1 )
38 34 37 eqtrd โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ ( - 1 โ†‘ ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) ) = - 1 )
39 26 38 sylan9eqr โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ ) โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = - 1 )
40 39 rexlimiva โŠข ( โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ( ( 2 ยท ๐‘› ) + 1 ) = ๐‘ โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = - 1 )
41 24 40 biimtrdi โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„ค โ†’ ( ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = - 1 ) )
42 41 impcom โŠข ( ( ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = - 1 )
43 42 eqeq1d โŠข ( ( ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = 1 โ†” - 1 = 1 ) )
44 23 43 mtbiri โŠข ( ( ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ยฌ ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = 1 )
45 simpl โŠข ( ( ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ )
46 44 45 2falsed โŠข ( ( ยฌ 2 โˆฅ ๐‘ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = 1 โ†” 2 โˆฅ ๐‘ ) )
47 17 46 pm2.61ian โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„ค โ†’ ( ( - 1 โ†‘ ๐‘ ) = 1 โ†” 2 โˆฅ ๐‘ ) )