Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  reeff1o Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem reeff1o 24005
 Description: The real exponential function is one-to-one onto. (Contributed by Paul Chapman, 18-Oct-2007.) (Revised by Mario Carneiro, 10-Nov-2013.)
Assertion
Ref Expression
reeff1o (exp ↾ ℝ):ℝ–1-1-onto→ℝ+

Proof of Theorem reeff1o
Dummy variables 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 reeff1 14689 . 2 (exp ↾ ℝ):ℝ–1-1→ℝ+
2 f1f 6014 . . . 4 ((exp ↾ ℝ):ℝ–1-1→ℝ+ → (exp ↾ ℝ):ℝ⟶ℝ+)
3 ffn 5958 . . . 4 ((exp ↾ ℝ):ℝ⟶ℝ+ → (exp ↾ ℝ) Fn ℝ)
41, 2, 3mp2b 10 . . 3 (exp ↾ ℝ) Fn ℝ
5 frn 5966 . . . . 5 ((exp ↾ ℝ):ℝ⟶ℝ+ → ran (exp ↾ ℝ) ⊆ ℝ+)
61, 2, 5mp2b 10 . . . 4 ran (exp ↾ ℝ) ⊆ ℝ+
7 elrp 11710 . . . . . . . . . . 11 (𝑧 ∈ ℝ+ ↔ (𝑧 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑧))
8 reclt1 10797 . . . . . . . . . . 11 ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑧) → (𝑧 < 1 ↔ 1 < (1 / 𝑧)))
97, 8sylbi 206 . . . . . . . . . 10 (𝑧 ∈ ℝ+ → (𝑧 < 1 ↔ 1 < (1 / 𝑧)))
10 rpre 11715 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑧 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ)
11 rpne0 11724 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑧 ∈ ℝ+𝑧 ≠ 0)
1210, 11rereccld 10731 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑧 ∈ ℝ+ → (1 / 𝑧) ∈ ℝ)
13 reeff1olem 24004 . . . . . . . . . . . . . 14 (((1 / 𝑧) ∈ ℝ ∧ 1 < (1 / 𝑧)) → ∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘𝑦) = (1 / 𝑧))
1412, 13sylan 487 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 1 < (1 / 𝑧)) → ∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘𝑦) = (1 / 𝑧))
15 eqcom 2617 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((1 / 𝑧) = (exp‘𝑦) ↔ (exp‘𝑦) = (1 / 𝑧))
16 rpcnne0 11726 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑧 ∈ ℝ+ → (𝑧 ∈ ℂ ∧ 𝑧 ≠ 0))
17 recn 9905 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑦 ∈ ℝ → 𝑦 ∈ ℂ)
18 efcl 14652 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑦 ∈ ℂ → (exp‘𝑦) ∈ ℂ)
1917, 18syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑦 ∈ ℝ → (exp‘𝑦) ∈ ℂ)
20 efne0 14666 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑦 ∈ ℂ → (exp‘𝑦) ≠ 0)
2117, 20syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑦 ∈ ℝ → (exp‘𝑦) ≠ 0)
2219, 21jca 553 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑦 ∈ ℝ → ((exp‘𝑦) ∈ ℂ ∧ (exp‘𝑦) ≠ 0))
23 rec11r 10603 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝑧 ∈ ℂ ∧ 𝑧 ≠ 0) ∧ ((exp‘𝑦) ∈ ℂ ∧ (exp‘𝑦) ≠ 0)) → ((1 / 𝑧) = (exp‘𝑦) ↔ (1 / (exp‘𝑦)) = 𝑧))
2416, 22, 23syl2an 493 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑧 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ℝ) → ((1 / 𝑧) = (exp‘𝑦) ↔ (1 / (exp‘𝑦)) = 𝑧))
25 efcan 14665 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑦 ∈ ℂ → ((exp‘𝑦) · (exp‘-𝑦)) = 1)
2625eqcomd 2616 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑦 ∈ ℂ → 1 = ((exp‘𝑦) · (exp‘-𝑦)))
27 negcl 10160 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (𝑦 ∈ ℂ → -𝑦 ∈ ℂ)
28 efcl 14652 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (-𝑦 ∈ ℂ → (exp‘-𝑦) ∈ ℂ)
2927, 28syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑦 ∈ ℂ → (exp‘-𝑦) ∈ ℂ)
30 ax-1cn 9873 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1 ∈ ℂ
31 divmul2 10568 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((1 ∈ ℂ ∧ (exp‘-𝑦) ∈ ℂ ∧ ((exp‘𝑦) ∈ ℂ ∧ (exp‘𝑦) ≠ 0)) → ((1 / (exp‘𝑦)) = (exp‘-𝑦) ↔ 1 = ((exp‘𝑦) · (exp‘-𝑦))))
3230, 31mp3an1 1403 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (((exp‘-𝑦) ∈ ℂ ∧ ((exp‘𝑦) ∈ ℂ ∧ (exp‘𝑦) ≠ 0)) → ((1 / (exp‘𝑦)) = (exp‘-𝑦) ↔ 1 = ((exp‘𝑦) · (exp‘-𝑦))))
3329, 18, 20, 32syl12anc 1316 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑦 ∈ ℂ → ((1 / (exp‘𝑦)) = (exp‘-𝑦) ↔ 1 = ((exp‘𝑦) · (exp‘-𝑦))))
3426, 33mpbird 246 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑦 ∈ ℂ → (1 / (exp‘𝑦)) = (exp‘-𝑦))
3517, 34syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑦 ∈ ℝ → (1 / (exp‘𝑦)) = (exp‘-𝑦))
3635eqeq1d 2612 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑦 ∈ ℝ → ((1 / (exp‘𝑦)) = 𝑧 ↔ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
3736adantl 481 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑧 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ℝ) → ((1 / (exp‘𝑦)) = 𝑧 ↔ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
3824, 37bitrd 267 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑧 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ℝ) → ((1 / 𝑧) = (exp‘𝑦) ↔ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
3915, 38syl5bbr 273 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑧 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ℝ) → ((exp‘𝑦) = (1 / 𝑧) ↔ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
4039biimpd 218 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑧 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ℝ) → ((exp‘𝑦) = (1 / 𝑧) → (exp‘-𝑦) = 𝑧))
4140reximdva 3000 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑧 ∈ ℝ+ → (∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘𝑦) = (1 / 𝑧) → ∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
4241adantr 480 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 1 < (1 / 𝑧)) → (∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘𝑦) = (1 / 𝑧) → ∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
4314, 42mpd 15 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 1 < (1 / 𝑧)) → ∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘-𝑦) = 𝑧)
44 renegcl 10223 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ ℝ → -𝑦 ∈ ℝ)
45 infm3lem 10860 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ ℝ → ∃𝑦 ∈ ℝ 𝑥 = -𝑦)
46 fveq2 6103 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 = -𝑦 → (exp‘𝑥) = (exp‘-𝑦))
4746eqeq1d 2612 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 = -𝑦 → ((exp‘𝑥) = 𝑧 ↔ (exp‘-𝑦) = 𝑧))
4844, 45, 47rexxfr 4814 . . . . . . . . . . . 12 (∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧 ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ (exp‘-𝑦) = 𝑧)
4943, 48sylibr 223 . . . . . . . . . . 11 ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 1 < (1 / 𝑧)) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
5049ex 449 . . . . . . . . . 10 (𝑧 ∈ ℝ+ → (1 < (1 / 𝑧) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧))
519, 50sylbid 229 . . . . . . . . 9 (𝑧 ∈ ℝ+ → (𝑧 < 1 → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧))
5251imp 444 . . . . . . . 8 ((𝑧 ∈ ℝ+𝑧 < 1) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
53 ef0 14660 . . . . . . . . . . 11 (exp‘0) = 1
5453eqeq2i 2622 . . . . . . . . . 10 (𝑧 = (exp‘0) ↔ 𝑧 = 1)
55 0re 9919 . . . . . . . . . . . 12 0 ∈ ℝ
56 fveq2 6103 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 = 0 → (exp‘𝑥) = (exp‘0))
5756eqeq1d 2612 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 = 0 → ((exp‘𝑥) = 𝑧 ↔ (exp‘0) = 𝑧))
5857rspcev 3282 . . . . . . . . . . . 12 ((0 ∈ ℝ ∧ (exp‘0) = 𝑧) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
5955, 58mpan 702 . . . . . . . . . . 11 ((exp‘0) = 𝑧 → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
6059eqcoms 2618 . . . . . . . . . 10 (𝑧 = (exp‘0) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
6154, 60sylbir 224 . . . . . . . . 9 (𝑧 = 1 → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
6261adantl 481 . . . . . . . 8 ((𝑧 ∈ ℝ+𝑧 = 1) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
63 reeff1olem 24004 . . . . . . . . 9 ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 1 < 𝑧) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
6410, 63sylan 487 . . . . . . . 8 ((𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 1 < 𝑧) → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
65 1re 9918 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℝ
66 lttri4 10001 . . . . . . . . 9 ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → (𝑧 < 1 ∨ 𝑧 = 1 ∨ 1 < 𝑧))
6710, 65, 66sylancl 693 . . . . . . . 8 (𝑧 ∈ ℝ+ → (𝑧 < 1 ∨ 𝑧 = 1 ∨ 1 < 𝑧))
6852, 62, 64, 67mpjao3dan 1387 . . . . . . 7 (𝑧 ∈ ℝ+ → ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
69 fvres 6117 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ → ((exp ↾ ℝ)‘𝑥) = (exp‘𝑥))
7069eqeq1d 2612 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ → (((exp ↾ ℝ)‘𝑥) = 𝑧 ↔ (exp‘𝑥) = 𝑧))
7170rexbiia 3022 . . . . . . 7 (∃𝑥 ∈ ℝ ((exp ↾ ℝ)‘𝑥) = 𝑧 ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ (exp‘𝑥) = 𝑧)
7268, 71sylibr 223 . . . . . 6 (𝑧 ∈ ℝ+ → ∃𝑥 ∈ ℝ ((exp ↾ ℝ)‘𝑥) = 𝑧)
73 fvelrnb 6153 . . . . . . 7 ((exp ↾ ℝ) Fn ℝ → (𝑧 ∈ ran (exp ↾ ℝ) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ((exp ↾ ℝ)‘𝑥) = 𝑧))
744, 73ax-mp 5 . . . . . 6 (𝑧 ∈ ran (exp ↾ ℝ) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ((exp ↾ ℝ)‘𝑥) = 𝑧)
7572, 74sylibr 223 . . . . 5 (𝑧 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ran (exp ↾ ℝ))
7675ssriv 3572 . . . 4 + ⊆ ran (exp ↾ ℝ)
776, 76eqssi 3584 . . 3 ran (exp ↾ ℝ) = ℝ+
78 df-fo 5810 . . 3 ((exp ↾ ℝ):ℝ–onto→ℝ+ ↔ ((exp ↾ ℝ) Fn ℝ ∧ ran (exp ↾ ℝ) = ℝ+))
794, 77, 78mpbir2an 957 . 2 (exp ↾ ℝ):ℝ–onto→ℝ+
80 df-f1o 5811 . 2 ((exp ↾ ℝ):ℝ–1-1-onto→ℝ+ ↔ ((exp ↾ ℝ):ℝ–1-1→ℝ+ ∧ (exp ↾ ℝ):ℝ–onto→ℝ+))
811, 79, 80mpbir2an 957 1 (exp ↾ ℝ):ℝ–1-1-onto→ℝ+
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 195   ∧ wa 383   ∨ w3o 1030   = wceq 1475   ∈ wcel 1977   ≠ wne 2780  ∃wrex 2897   ⊆ wss 3540   class class class wbr 4583  ran crn 5039   ↾ cres 5040   Fn wfn 5799  ⟶wf 5800  –1-1→wf1 5801  –onto→wfo 5802  –1-1-onto→wf1o 5803  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549  ℂcc 9813  ℝcr 9814  0cc0 9815  1c1 9816   · cmul 9820   < clt 9953  -cneg 10146   / cdiv 10563  ℝ+crp 11708  expce 14631 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-rep 4699  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-inf2 8421  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892  ax-pre-sup 9893  ax-addf 9894  ax-mulf 9895 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-fal 1481  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rmo 2904  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-int 4411  df-iun 4457  df-iin 4458  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-se 4998  df-we 4999  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-isom 5813  df-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-of 6795  df-om 6958  df-1st 7059  df-2nd 7060  df-supp 7183  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-1o 7447  df-2o 7448  df-oadd 7451  df-er 7629  df-map 7746  df-pm 7747  df-ixp 7795  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-fsupp 8159  df-fi 8200  df-sup 8231  df-inf 8232  df-oi 8298  df-card 8648  df-cda 8873  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-div 10564  df-nn 10898  df-2 10956  df-3 10957  df-4 10958  df-5 10959  df-6 10960  df-7 10961  df-8 10962  df-9 10963  df-n0 11170  df-z 11255  df-dec 11370  df-uz 11564  df-q 11665  df-rp 11709  df-xneg 11822  df-xadd 11823  df-xmul 11824  df-ioo 12050  df-ico 12052  df-icc 12053  df-fz 12198  df-fzo 12335  df-fl 12455  df-seq 12664  df-exp 12723  df-fac 12923  df-bc 12952  df-hash 12980  df-shft 13655  df-cj 13687  df-re 13688  df-im 13689  df-sqrt 13823  df-abs 13824  df-limsup 14050  df-clim 14067  df-rlim 14068  df-sum 14265  df-ef 14637  df-struct 15697  df-ndx 15698  df-slot 15699  df-base 15700  df-sets 15701  df-ress 15702  df-plusg 15781  df-mulr 15782  df-starv 15783  df-sca 15784  df-vsca 15785  df-ip 15786  df-tset 15787  df-ple 15788  df-ds 15791  df-unif 15792  df-hom 15793  df-cco 15794  df-rest 15906  df-topn 15907  df-0g 15925  df-gsum 15926  df-topgen 15927  df-pt 15928  df-prds 15931  df-xrs 15985  df-qtop 15990  df-imas 15991  df-xps 15993  df-mre 16069  df-mrc 16070  df-acs 16072  df-mgm 17065  df-sgrp 17107  df-mnd 17118  df-submnd 17159  df-mulg 17364  df-cntz 17573  df-cmn 18018  df-psmet 19559  df-xmet 19560  df-met 19561  df-bl 19562  df-mopn 19563  df-fbas 19564  df-fg 19565  df-cnfld 19568  df-top 20521  df-bases 20522  df-topon 20523  df-topsp 20524  df-cld 20633  df-ntr 20634  df-cls 20635  df-nei 20712  df-lp 20750  df-perf 20751  df-cn 20841  df-cnp 20842  df-haus 20929  df-tx 21175  df-hmeo 21368  df-fil 21460  df-fm 21552  df-flim 21553  df-flf 21554  df-xms 21935  df-ms 21936  df-tms 21937  df-cncf 22489  df-limc 23436  df-dv 23437 This theorem is referenced by:  reefiso  24006  efcvx  24007  reefgim  24008  eff1olem  24098  dfrelog  24116  relogf1o  24117  dvrelog  24183
 Copyright terms: Public domain W3C validator