Metamath Proof Explorer


Theorem nnlogbexp

Description: Identity law for general logarithm with integer base. (Contributed by Stefan O'Rear, 19-Sep-2014) (Revised by Thierry Arnoux, 27-Sep-2017)

Ref Expression
Assertion nnlogbexp ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐ต logb ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) ) = ๐‘€ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 zgt1rpn0n1 โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†’ ( ๐ต โˆˆ โ„+ โˆง ๐ต โ‰  0 โˆง ๐ต โ‰  1 ) )
2 1 adantr โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐ต โˆˆ โ„+ โˆง ๐ต โ‰  0 โˆง ๐ต โ‰  1 ) )
3 2 simp1d โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„+ )
4 3 rpcnd โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„‚ )
5 4 adantr โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ = 0 ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„‚ )
6 2 simp2d โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ๐ต โ‰  0 )
7 6 adantr โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ = 0 ) โ†’ ๐ต โ‰  0 )
8 2 simp3d โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ๐ต โ‰  1 )
9 8 adantr โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ = 0 ) โ†’ ๐ต โ‰  1 )
10 logb1 โŠข ( ( ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โ‰  0 โˆง ๐ต โ‰  1 ) โ†’ ( ๐ต logb 1 ) = 0 )
11 5 7 9 10 syl3anc โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ = 0 ) โ†’ ( ๐ต logb 1 ) = 0 )
12 simpr โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ = 0 ) โ†’ ๐‘€ = 0 )
13 12 oveq2d โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ = 0 ) โ†’ ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) = ( ๐ต โ†‘ 0 ) )
14 5 exp0d โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ = 0 ) โ†’ ( ๐ต โ†‘ 0 ) = 1 )
15 13 14 eqtrd โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ = 0 ) โ†’ ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) = 1 )
16 15 oveq2d โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ = 0 ) โ†’ ( ๐ต logb ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) ) = ( ๐ต logb 1 ) )
17 11 16 12 3eqtr4d โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ = 0 ) โ†’ ( ๐ต logb ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) ) = ๐‘€ )
18 4 adantr โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„‚ )
19 6 adantr โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ๐ต โ‰  0 )
20 8 adantr โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ๐ต โ‰  1 )
21 eldifpr โŠข ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โ†” ( ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โ‰  0 โˆง ๐ต โ‰  1 ) )
22 18 19 20 21 syl3anbrc โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) )
23 3 adantr โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„+ )
24 simpr โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ค )
25 24 adantr โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ค )
26 23 25 rpexpcld โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ โ„+ )
27 26 rpcnne0d โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) โ‰  0 ) )
28 eldifsn โŠข ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) โ†” ( ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) โ‰  0 ) )
29 27 28 sylibr โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
30 logbval โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( ๐ต logb ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) ) = ( ( log โ€˜ ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) )
31 22 29 30 syl2anc โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ( ๐ต logb ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) ) = ( ( log โ€˜ ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) )
32 24 zred โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ )
33 32 adantr โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ )
34 23 33 logcxpd โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ( log โ€˜ ( ๐ต โ†‘๐‘ ๐‘€ ) ) = ( ๐‘€ ยท ( log โ€˜ ๐ต ) ) )
35 18 19 25 cxpexpzd โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ( ๐ต โ†‘๐‘ ๐‘€ ) = ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) )
36 35 fveq2d โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ( log โ€˜ ( ๐ต โ†‘๐‘ ๐‘€ ) ) = ( log โ€˜ ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) ) )
37 34 36 eqtr3d โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ( ๐‘€ ยท ( log โ€˜ ๐ต ) ) = ( log โ€˜ ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) ) )
38 37 oveq1d โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ( ( ๐‘€ ยท ( log โ€˜ ๐ต ) ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) = ( ( log โ€˜ ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) )
39 33 recnd โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„‚ )
40 18 19 logcld โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ( log โ€˜ ๐ต ) โˆˆ โ„‚ )
41 logne0 โŠข ( ( ๐ต โˆˆ โ„+ โˆง ๐ต โ‰  1 ) โ†’ ( log โ€˜ ๐ต ) โ‰  0 )
42 23 20 41 syl2anc โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ( log โ€˜ ๐ต ) โ‰  0 )
43 39 40 42 divcan4d โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ( ( ๐‘€ ยท ( log โ€˜ ๐ต ) ) / ( log โ€˜ ๐ต ) ) = ๐‘€ )
44 31 38 43 3eqtr2d โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โˆง ๐‘€ โ‰  0 ) โ†’ ( ๐ต logb ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) ) = ๐‘€ )
45 17 44 pm2.61dane โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐ต logb ( ๐ต โ†‘ ๐‘€ ) ) = ๐‘€ )