MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  eflogeq Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem eflogeq 24547
Description: Solve an equation involving an exponential. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Apr-2015.)
Assertion
Ref Expression
eflogeq ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) → ((exp‘𝐴) = 𝐵 ↔ ∃𝑛 ∈ ℤ 𝐴 = ((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛))))
Distinct variable groups:   𝐴,𝑛   𝐵,𝑛

Proof of Theorem eflogeq
StepHypRef Expression
1 efcl 15012 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℂ → (exp‘𝐴) ∈ ℂ)
2 efne0 15026 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℂ → (exp‘𝐴) ≠ 0)
31, 2logcld 24516 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℂ → (log‘(exp‘𝐴)) ∈ ℂ)
4 efsub 15029 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (log‘(exp‘𝐴)) ∈ ℂ) → (exp‘(𝐴 − (log‘(exp‘𝐴)))) = ((exp‘𝐴) / (exp‘(log‘(exp‘𝐴)))))
53, 4mpdan 705 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℂ → (exp‘(𝐴 − (log‘(exp‘𝐴)))) = ((exp‘𝐴) / (exp‘(log‘(exp‘𝐴)))))
6 eflog 24522 . . . . . . . . 9 (((exp‘𝐴) ∈ ℂ ∧ (exp‘𝐴) ≠ 0) → (exp‘(log‘(exp‘𝐴))) = (exp‘𝐴))
71, 2, 6syl2anc 696 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℂ → (exp‘(log‘(exp‘𝐴))) = (exp‘𝐴))
87oveq2d 6829 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℂ → ((exp‘𝐴) / (exp‘(log‘(exp‘𝐴)))) = ((exp‘𝐴) / (exp‘𝐴)))
91, 2dividd 10991 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℂ → ((exp‘𝐴) / (exp‘𝐴)) = 1)
105, 8, 93eqtrd 2798 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℂ → (exp‘(𝐴 − (log‘(exp‘𝐴)))) = 1)
11 subcl 10472 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (log‘(exp‘𝐴)) ∈ ℂ) → (𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) ∈ ℂ)
123, 11mpdan 705 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) ∈ ℂ)
13 efeq1 24474 . . . . . . 7 ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) ∈ ℂ → ((exp‘(𝐴 − (log‘(exp‘𝐴)))) = 1 ↔ ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π))) ∈ ℤ))
1412, 13syl 17 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℂ → ((exp‘(𝐴 − (log‘(exp‘𝐴)))) = 1 ↔ ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π))) ∈ ℤ))
1510, 14mpbid 222 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℂ → ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π))) ∈ ℤ)
16 ax-icn 10187 . . . . . . . . . 10 i ∈ ℂ
17 2cn 11283 . . . . . . . . . . 11 2 ∈ ℂ
18 picn 24410 . . . . . . . . . . 11 π ∈ ℂ
1917, 18mulcli 10237 . . . . . . . . . 10 (2 · π) ∈ ℂ
2016, 19mulcli 10237 . . . . . . . . 9 (i · (2 · π)) ∈ ℂ
2120a1i 11 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℂ → (i · (2 · π)) ∈ ℂ)
22 ine0 10657 . . . . . . . . . 10 i ≠ 0
23 2ne0 11305 . . . . . . . . . . 11 2 ≠ 0
24 pire 24409 . . . . . . . . . . . 12 π ∈ ℝ
25 pipos 24411 . . . . . . . . . . . 12 0 < π
2624, 25gt0ne0ii 10756 . . . . . . . . . . 11 π ≠ 0
2717, 18, 23, 26mulne0i 10862 . . . . . . . . . 10 (2 · π) ≠ 0
2816, 19, 22, 27mulne0i 10862 . . . . . . . . 9 (i · (2 · π)) ≠ 0
2928a1i 11 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℂ → (i · (2 · π)) ≠ 0)
3012, 21, 29divcan2d 10995 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ ℂ → ((i · (2 · π)) · ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π)))) = (𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))))
3130oveq2d 6829 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℂ → ((log‘(exp‘𝐴)) + ((i · (2 · π)) · ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π))))) = ((log‘(exp‘𝐴)) + (𝐴 − (log‘(exp‘𝐴)))))
32 pncan3 10481 . . . . . . 7 (((log‘(exp‘𝐴)) ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → ((log‘(exp‘𝐴)) + (𝐴 − (log‘(exp‘𝐴)))) = 𝐴)
333, 32mpancom 706 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℂ → ((log‘(exp‘𝐴)) + (𝐴 − (log‘(exp‘𝐴)))) = 𝐴)
3431, 33eqtr2d 2795 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℂ → 𝐴 = ((log‘(exp‘𝐴)) + ((i · (2 · π)) · ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π))))))
35 oveq2 6821 . . . . . . . 8 (𝑛 = ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π))) → ((i · (2 · π)) · 𝑛) = ((i · (2 · π)) · ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π)))))
3635oveq2d 6829 . . . . . . 7 (𝑛 = ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π))) → ((log‘(exp‘𝐴)) + ((i · (2 · π)) · 𝑛)) = ((log‘(exp‘𝐴)) + ((i · (2 · π)) · ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π))))))
3736eqeq2d 2770 . . . . . 6 (𝑛 = ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π))) → (𝐴 = ((log‘(exp‘𝐴)) + ((i · (2 · π)) · 𝑛)) ↔ 𝐴 = ((log‘(exp‘𝐴)) + ((i · (2 · π)) · ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π)))))))
3837rspcev 3449 . . . . 5 ((((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π))) ∈ ℤ ∧ 𝐴 = ((log‘(exp‘𝐴)) + ((i · (2 · π)) · ((𝐴 − (log‘(exp‘𝐴))) / (i · (2 · π)))))) → ∃𝑛 ∈ ℤ 𝐴 = ((log‘(exp‘𝐴)) + ((i · (2 · π)) · 𝑛)))
3915, 34, 38syl2anc 696 . . . 4 (𝐴 ∈ ℂ → ∃𝑛 ∈ ℤ 𝐴 = ((log‘(exp‘𝐴)) + ((i · (2 · π)) · 𝑛)))
40393ad2ant1 1128 . . 3 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) → ∃𝑛 ∈ ℤ 𝐴 = ((log‘(exp‘𝐴)) + ((i · (2 · π)) · 𝑛)))
41 fveq2 6352 . . . . . 6 ((exp‘𝐴) = 𝐵 → (log‘(exp‘𝐴)) = (log‘𝐵))
4241oveq1d 6828 . . . . 5 ((exp‘𝐴) = 𝐵 → ((log‘(exp‘𝐴)) + ((i · (2 · π)) · 𝑛)) = ((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛)))
4342eqeq2d 2770 . . . 4 ((exp‘𝐴) = 𝐵 → (𝐴 = ((log‘(exp‘𝐴)) + ((i · (2 · π)) · 𝑛)) ↔ 𝐴 = ((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛))))
4443rexbidv 3190 . . 3 ((exp‘𝐴) = 𝐵 → (∃𝑛 ∈ ℤ 𝐴 = ((log‘(exp‘𝐴)) + ((i · (2 · π)) · 𝑛)) ↔ ∃𝑛 ∈ ℤ 𝐴 = ((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛))))
4540, 44syl5ibcom 235 . 2 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) → ((exp‘𝐴) = 𝐵 → ∃𝑛 ∈ ℤ 𝐴 = ((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛))))
46 logcl 24514 . . . . . . . 8 ((𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) → (log‘𝐵) ∈ ℂ)
47463adant1 1125 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) → (log‘𝐵) ∈ ℂ)
4847adantr 472 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → (log‘𝐵) ∈ ℂ)
49 zcn 11574 . . . . . . . 8 (𝑛 ∈ ℤ → 𝑛 ∈ ℂ)
5049adantl 473 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → 𝑛 ∈ ℂ)
51 mulcl 10212 . . . . . . 7 (((i · (2 · π)) ∈ ℂ ∧ 𝑛 ∈ ℂ) → ((i · (2 · π)) · 𝑛) ∈ ℂ)
5220, 50, 51sylancr 698 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → ((i · (2 · π)) · 𝑛) ∈ ℂ)
53 efadd 15023 . . . . . 6 (((log‘𝐵) ∈ ℂ ∧ ((i · (2 · π)) · 𝑛) ∈ ℂ) → (exp‘((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛))) = ((exp‘(log‘𝐵)) · (exp‘((i · (2 · π)) · 𝑛))))
5448, 52, 53syl2anc 696 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → (exp‘((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛))) = ((exp‘(log‘𝐵)) · (exp‘((i · (2 · π)) · 𝑛))))
55 eflog 24522 . . . . . . 7 ((𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) → (exp‘(log‘𝐵)) = 𝐵)
56553adant1 1125 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) → (exp‘(log‘𝐵)) = 𝐵)
57 ef2kpi 24429 . . . . . 6 (𝑛 ∈ ℤ → (exp‘((i · (2 · π)) · 𝑛)) = 1)
5856, 57oveqan12d 6832 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → ((exp‘(log‘𝐵)) · (exp‘((i · (2 · π)) · 𝑛))) = (𝐵 · 1))
59 simpl2 1230 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → 𝐵 ∈ ℂ)
6059mulid1d 10249 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → (𝐵 · 1) = 𝐵)
6154, 58, 603eqtrd 2798 . . . 4 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → (exp‘((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛))) = 𝐵)
62 fveq2 6352 . . . . 5 (𝐴 = ((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛)) → (exp‘𝐴) = (exp‘((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛))))
6362eqeq1d 2762 . . . 4 (𝐴 = ((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛)) → ((exp‘𝐴) = 𝐵 ↔ (exp‘((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛))) = 𝐵))
6461, 63syl5ibrcom 237 . . 3 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → (𝐴 = ((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛)) → (exp‘𝐴) = 𝐵))
6564rexlimdva 3169 . 2 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) → (∃𝑛 ∈ ℤ 𝐴 = ((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛)) → (exp‘𝐴) = 𝐵))
6645, 65impbid 202 1 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐵 ≠ 0) → ((exp‘𝐴) = 𝐵 ↔ ∃𝑛 ∈ ℤ 𝐴 = ((log‘𝐵) + ((i · (2 · π)) · 𝑛))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1072   = wceq 1632  wcel 2139  wne 2932  wrex 3051  cfv 6049  (class class class)co 6813  cc 10126  0cc0 10128  1c1 10129  ici 10130   + caddc 10131   · cmul 10133  cmin 10458   / cdiv 10876  2c2 11262  cz 11569  expce 14991  πcpi 14996  logclog 24500
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1871  ax-4 1886  ax-5 1988  ax-6 2054  ax-7 2090  ax-8 2141  ax-9 2148  ax-10 2168  ax-11 2183  ax-12 2196  ax-13 2391  ax-ext 2740  ax-rep 4923  ax-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7114  ax-inf2 8711  ax-cnex 10184  ax-resscn 10185  ax-1cn 10186  ax-icn 10187  ax-addcl 10188  ax-addrcl 10189  ax-mulcl 10190  ax-mulrcl 10191  ax-mulcom 10192  ax-addass 10193  ax-mulass 10194  ax-distr 10195  ax-i2m1 10196  ax-1ne0 10197  ax-1rid 10198  ax-rnegex 10199  ax-rrecex 10200  ax-cnre 10201  ax-pre-lttri 10202  ax-pre-lttrn 10203  ax-pre-ltadd 10204  ax-pre-mulgt0 10205  ax-pre-sup 10206  ax-addf 10207  ax-mulf 10208
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-fal 1638  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2047  df-eu 2611  df-mo 2612  df-clab 2747  df-cleq 2753  df-clel 2756  df-nfc 2891  df-ne 2933  df-nel 3036  df-ral 3055  df-rex 3056  df-reu 3057  df-rmo 3058  df-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-pss 3731  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-tp 4326  df-op 4328  df-uni 4589  df-int 4628  df-iun 4674  df-iin 4675  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-tr 4905  df-id 5174  df-eprel 5179  df-po 5187  df-so 5188  df-fr 5225  df-se 5226  df-we 5227  df-xp 5272  df-rel 5273  df-cnv 5274  df-co 5275  df-dm 5276  df-rn 5277  df-res 5278  df-ima 5279  df-pred 5841  df-ord 5887  df-on 5888  df-lim 5889  df-suc 5890  df-iota 6012  df-fun 6051  df-fn 6052  df-f 6053  df-f1 6054  df-fo 6055  df-f1o 6056  df-fv 6057  df-isom 6058  df-riota 6774  df-ov 6816  df-oprab 6817  df-mpt2 6818  df-of 7062  df-om 7231  df-1st 7333  df-2nd 7334  df-supp 7464  df-wrecs 7576  df-recs 7637  df-rdg 7675  df-1o 7729  df-2o 7730  df-oadd 7733  df-er 7911  df-map 8025  df-pm 8026  df-ixp 8075  df-en 8122  df-dom 8123  df-sdom 8124  df-fin 8125  df-fsupp 8441  df-fi 8482  df-sup 8513  df-inf 8514  df-oi 8580  df-card 8955  df-cda 9182  df-pnf 10268  df-mnf 10269  df-xr 10270  df-ltxr 10271  df-le 10272  df-sub 10460  df-neg 10461  df-div 10877  df-nn 11213  df-2 11271  df-3 11272  df-4 11273  df-5 11274  df-6 11275  df-7 11276  df-8 11277  df-9 11278  df-n0 11485  df-z 11570  df-dec 11686  df-uz 11880  df-q 11982  df-rp 12026  df-xneg 12139  df-xadd 12140  df-xmul 12141  df-ioo 12372  df-ioc 12373  df-ico 12374  df-icc 12375  df-fz 12520  df-fzo 12660  df-fl 12787  df-mod 12863  df-seq 12996  df-exp 13055  df-fac 13255  df-bc 13284  df-hash 13312  df-shft 14006  df-cj 14038  df-re 14039  df-im 14040  df-sqrt 14174  df-abs 14175  df-limsup 14401  df-clim 14418  df-rlim 14419  df-sum 14616  df-ef 14997  df-sin 14999  df-cos 15000  df-pi 15002  df-struct 16061  df-ndx 16062  df-slot 16063  df-base 16065  df-sets 16066  df-ress 16067  df-plusg 16156  df-mulr 16157  df-starv 16158  df-sca 16159  df-vsca 16160  df-ip 16161  df-tset 16162  df-ple 16163  df-ds 16166  df-unif 16167  df-hom 16168  df-cco 16169  df-rest 16285  df-topn 16286  df-0g 16304  df-gsum 16305  df-topgen 16306  df-pt 16307  df-prds 16310  df-xrs 16364  df-qtop 16369  df-imas 16370  df-xps 16372  df-mre 16448  df-mrc 16449  df-acs 16451  df-mgm 17443  df-sgrp 17485  df-mnd 17496  df-submnd 17537  df-mulg 17742  df-cntz 17950  df-cmn 18395  df-psmet 19940  df-xmet 19941  df-met 19942  df-bl 19943  df-mopn 19944  df-fbas 19945  df-fg 19946  df-cnfld 19949  df-top 20901  df-topon 20918  df-topsp 20939  df-bases 20952  df-cld 21025  df-ntr 21026  df-cls 21027  df-nei 21104  df-lp 21142  df-perf 21143  df-cn 21233  df-cnp 21234  df-haus 21321  df-tx 21567  df-hmeo 21760  df-fil 21851  df-fm 21943  df-flim 21944  df-flf 21945  df-xms 22326  df-ms 22327  df-tms 22328  df-cncf 22882  df-limc 23829  df-dv 23830  df-log 24502
This theorem is referenced by:  cxpeq  24697
  Copyright terms: Public domain W3C validator