Metamath Proof Explorer


Theorem oeoe

Description: Product of exponents law for ordinal exponentiation. Theorem 8S of Enderton p. 238. Also Proposition 8.42 of TakeutiZaring p. 70. (Contributed by Eric Schmidt, 26-May-2009)

Ref Expression
Assertion oeoe ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ๐ด โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 oveq2 โŠข ( ๐ต = โˆ… โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) = ( โˆ… โ†‘o โˆ… ) )
2 oe0m0 โŠข ( โˆ… โ†‘o โˆ… ) = 1o
3 1 2 eqtrdi โŠข ( ๐ต = โˆ… โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) = 1o )
4 3 oveq1d โŠข ( ๐ต = โˆ… โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( 1o โ†‘o ๐ถ ) )
5 oe1m โŠข ( ๐ถ โˆˆ On โ†’ ( 1o โ†‘o ๐ถ ) = 1o )
6 4 5 sylan9eqr โŠข ( ( ๐ถ โˆˆ On โˆง ๐ต = โˆ… ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = 1o )
7 6 adantll โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โˆง ๐ต = โˆ… ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = 1o )
8 oveq2 โŠข ( ๐ถ = โˆ… โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o โˆ… ) )
9 0elon โŠข โˆ… โˆˆ On
10 oecl โŠข ( ( โˆ… โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On ) โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On )
11 9 10 mpan โŠข ( ๐ต โˆˆ On โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On )
12 oe0 โŠข ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o โˆ… ) = 1o )
13 11 12 syl โŠข ( ๐ต โˆˆ On โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o โˆ… ) = 1o )
14 8 13 sylan9eqr โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ = โˆ… ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = 1o )
15 14 adantlr โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โˆง ๐ถ = โˆ… ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = 1o )
16 7 15 jaodan โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โˆง ( ๐ต = โˆ… โˆจ ๐ถ = โˆ… ) ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = 1o )
17 om00 โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ( ๐ต ยทo ๐ถ ) = โˆ… โ†” ( ๐ต = โˆ… โˆจ ๐ถ = โˆ… ) ) )
18 17 biimpar โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โˆง ( ๐ต = โˆ… โˆจ ๐ถ = โˆ… ) ) โ†’ ( ๐ต ยทo ๐ถ ) = โˆ… )
19 18 oveq2d โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โˆง ( ๐ต = โˆ… โˆจ ๐ถ = โˆ… ) ) โ†’ ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) = ( โˆ… โ†‘o โˆ… ) )
20 19 2 eqtrdi โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โˆง ( ๐ต = โˆ… โˆจ ๐ถ = โˆ… ) ) โ†’ ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) = 1o )
21 16 20 eqtr4d โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โˆง ( ๐ต = โˆ… โˆจ ๐ถ = โˆ… ) ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )
22 on0eln0 โŠข ( ๐ต โˆˆ On โ†’ ( โˆ… โˆˆ ๐ต โ†” ๐ต โ‰  โˆ… ) )
23 on0eln0 โŠข ( ๐ถ โˆˆ On โ†’ ( โˆ… โˆˆ ๐ถ โ†” ๐ถ โ‰  โˆ… ) )
24 22 23 bi2anan9 โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ( โˆ… โˆˆ ๐ต โˆง โˆ… โˆˆ ๐ถ ) โ†” ( ๐ต โ‰  โˆ… โˆง ๐ถ โ‰  โˆ… ) ) )
25 neanior โŠข ( ( ๐ต โ‰  โˆ… โˆง ๐ถ โ‰  โˆ… ) โ†” ยฌ ( ๐ต = โˆ… โˆจ ๐ถ = โˆ… ) )
26 24 25 bitrdi โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ( โˆ… โˆˆ ๐ต โˆง โˆ… โˆˆ ๐ถ ) โ†” ยฌ ( ๐ต = โˆ… โˆจ ๐ถ = โˆ… ) ) )
27 oe0m1 โŠข ( ๐ต โˆˆ On โ†’ ( โˆ… โˆˆ ๐ต โ†” ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) = โˆ… ) )
28 27 biimpa โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) = โˆ… )
29 28 oveq1d โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( โˆ… โ†‘o ๐ถ ) )
30 oe0m1 โŠข ( ๐ถ โˆˆ On โ†’ ( โˆ… โˆˆ ๐ถ โ†” ( โˆ… โ†‘o ๐ถ ) = โˆ… ) )
31 30 biimpa โŠข ( ( ๐ถ โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ถ ) = โˆ… )
32 29 31 sylan9eq โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐ถ โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = โˆ… )
33 32 an4s โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โˆง ( โˆ… โˆˆ ๐ต โˆง โˆ… โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = โˆ… )
34 om00el โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( โˆ… โˆˆ ( ๐ต ยทo ๐ถ ) โ†” ( โˆ… โˆˆ ๐ต โˆง โˆ… โˆˆ ๐ถ ) ) )
35 omcl โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ๐ต ยทo ๐ถ ) โˆˆ On )
36 oe0m1 โŠข ( ( ๐ต ยทo ๐ถ ) โˆˆ On โ†’ ( โˆ… โˆˆ ( ๐ต ยทo ๐ถ ) โ†” ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) = โˆ… ) )
37 35 36 syl โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( โˆ… โˆˆ ( ๐ต ยทo ๐ถ ) โ†” ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) = โˆ… ) )
38 34 37 bitr3d โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ( โˆ… โˆˆ ๐ต โˆง โˆ… โˆˆ ๐ถ ) โ†” ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) = โˆ… ) )
39 38 biimpa โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โˆง ( โˆ… โˆˆ ๐ต โˆง โˆ… โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) = โˆ… )
40 33 39 eqtr4d โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โˆง ( โˆ… โˆˆ ๐ต โˆง โˆ… โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )
41 40 ex โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ( โˆ… โˆˆ ๐ต โˆง โˆ… โˆˆ ๐ถ ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) ) )
42 26 41 sylbird โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ยฌ ( ๐ต = โˆ… โˆจ ๐ถ = โˆ… ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) ) )
43 42 imp โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โˆง ยฌ ( ๐ต = โˆ… โˆจ ๐ถ = โˆ… ) ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )
44 21 43 pm2.61dan โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )
45 oveq1 โŠข ( ๐ด = โˆ… โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) = ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) )
46 45 oveq1d โŠข ( ๐ด = โˆ… โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) )
47 oveq1 โŠข ( ๐ด = โˆ… โ†’ ( ๐ด โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) = ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )
48 46 47 eqeq12d โŠข ( ๐ด = โˆ… โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ๐ด โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) โ†” ( ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( โˆ… โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) ) )
49 44 48 imbitrrid โŠข ( ๐ด = โˆ… โ†’ ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ๐ด โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) ) )
50 49 impcom โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โˆง ๐ด = โˆ… ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ๐ด โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )
51 oveq1 โŠข ( ๐ด = if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) = ( if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†‘o ๐ต ) )
52 51 oveq1d โŠข ( ๐ด = if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ( if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) )
53 oveq1 โŠข ( ๐ด = if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†’ ( ๐ด โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) = ( if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )
54 52 53 eqeq12d โŠข ( ๐ด = if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†’ ( ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ๐ด โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) โ†” ( ( if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) ) )
55 54 imbi2d โŠข ( ๐ด = if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†’ ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ๐ด โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) ) โ†” ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ( if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) ) ) )
56 eleq1 โŠข ( ๐ด = if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ On โ†” if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โˆˆ On ) )
57 eleq2 โŠข ( ๐ด = if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†’ ( โˆ… โˆˆ ๐ด โ†” โˆ… โˆˆ if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) ) )
58 56 57 anbi12d โŠข ( ๐ด = if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†” ( if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) ) ) )
59 eleq1 โŠข ( 1o = if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†’ ( 1o โˆˆ On โ†” if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โˆˆ On ) )
60 eleq2 โŠข ( 1o = if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†’ ( โˆ… โˆˆ 1o โ†” โˆ… โˆˆ if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) ) )
61 59 60 anbi12d โŠข ( 1o = if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†’ ( ( 1o โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ 1o ) โ†” ( if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) ) ) )
62 1on โŠข 1o โˆˆ On
63 0lt1o โŠข โˆ… โˆˆ 1o
64 62 63 pm3.2i โŠข ( 1o โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ 1o )
65 58 61 64 elimhyp โŠข ( if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) )
66 65 simpli โŠข if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โˆˆ On
67 65 simpri โŠข โˆ… โˆˆ if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o )
68 66 67 oeoelem โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ( if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( if ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) , ๐ด , 1o ) โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )
69 55 68 dedth โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ๐ด โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) ) )
70 69 imp โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โˆง ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ๐ด โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )
71 70 an32s โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) ) โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ๐ด โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )
72 50 71 oe0lem โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ๐ด โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )
73 72 3impb โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ถ โˆˆ On ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โ†‘o ๐ถ ) = ( ๐ด โ†‘o ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )