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analysis.special_functions.pow

# Power function on ℂ, ℝ, ℝ≥0, and ℝ≥0∞#

We construct the power functions x ^ y where

• x and y are complex numbers,
• or x and y are real numbers,
• or x is a nonnegative real number and y is a real number;
• or x is a number from [0, +∞] (a.k.a. ℝ≥0∞) and y is a real number.

We also prove basic properties of these functions.

noncomputable def complex.cpow (x y : ) :

The complex power function x^y, given by x^y = exp(y log x) (where log is the principal determination of the logarithm), unless x = 0 where one sets 0^0 = 1 and 0^y = 0 for y ≠ 0.

Equations
@[protected, instance]
noncomputable def complex.has_pow  :
Equations
@[simp]
theorem complex.cpow_eq_pow (x y : ) :
x.cpow y = x ^ y
theorem complex.cpow_def (x y : ) :
x ^ y = ite (x = 0) (ite (y = 0) 1 0) (complex.exp ((complex.log x) * y))
theorem complex.cpow_def_of_ne_zero {x : } (hx : x 0) (y : ) :
@[simp]
theorem complex.cpow_zero (x : ) :
x ^ 0 = 1
@[simp]
theorem complex.cpow_eq_zero_iff (x y : ) :
x ^ y = 0 x = 0 y 0
@[simp]
theorem complex.zero_cpow {x : } (h : x 0) :
0 ^ x = 0
theorem complex.zero_cpow_eq_iff {x a : } :
0 ^ x = a x 0 a = 0 x = 0 a = 1
theorem complex.eq_zero_cpow_iff {x a : } :
a = 0 ^ x x 0 a = 0 x = 0 a = 1
@[simp]
theorem complex.cpow_one (x : ) :
x ^ 1 = x
@[simp]
theorem complex.one_cpow (x : ) :
1 ^ x = 1
theorem complex.cpow_add {x : } (y z : ) (hx : x 0) :
x ^ (y + z) = (x ^ y) * x ^ z
theorem complex.cpow_mul {x y : } (z : ) (h₁ : -real.pi < ((complex.log x) * y).im) (h₂ : ((complex.log x) * y).im real.pi) :
x ^ y * z = (x ^ y) ^ z
theorem complex.cpow_neg (x y : ) :
x ^ -y = (x ^ y)⁻¹
theorem complex.cpow_sub {x : } (y z : ) (hx : x 0) :
x ^ (y - z) = x ^ y / x ^ z
theorem complex.cpow_neg_one (x : ) :
x ^ -1 = x⁻¹
@[simp]
theorem complex.cpow_nat_cast (x : ) (n : ) :
x ^ n = x ^ n
@[simp]
theorem complex.cpow_int_cast (x : ) (n : ) :
x ^ n = x ^ n
theorem complex.cpow_nat_inv_pow (x : ) {n : } (hn : 0 < n) :
(x ^ (n)⁻¹) ^ n = x
theorem zero_cpow_eq_nhds {b : } (hb : b 0) :
theorem cpow_eq_nhds {a b : } (ha : a 0) :
(λ (x : ), x.cpow b) =ᶠ[𝓝 a] λ (x : ), complex.exp ((complex.log x) * b)
theorem cpow_eq_nhds' {p : × } (hp_fst : p.fst 0) :
(λ (x : × ), x.fst ^ x.snd) =ᶠ[𝓝 p] λ (x : × ), complex.exp ((complex.log x.fst) * x.snd)
theorem continuous_at_const_cpow {a b : } (ha : a 0) :
theorem continuous_at_const_cpow' {a b : } (h : b 0) :
theorem continuous_at_cpow_const {a b : } (ha : 0 < a.re a.im 0) :
continuous_at (λ (x : ), x.cpow b) a
theorem continuous_at_cpow {p : × } (hp_fst : 0 < p.fst.re p.fst.im 0) :
continuous_at (λ (x : × ), x.fst ^ x.snd) p
theorem filter.tendsto.cpow {α : Type u_1} {l : filter α} {f g : α → } {a b : } (hf : (𝓝 a)) (hg : (𝓝 b)) (ha : 0 < a.re a.im 0) :
filter.tendsto (λ (x : α), f x ^ g x) l (𝓝 (a ^ b))
theorem filter.tendsto.const_cpow {α : Type u_1} {l : filter α} {f : α → } {a b : } (hf : (𝓝 b)) (h : a 0 b 0) :
filter.tendsto (λ (x : α), a ^ f x) l (𝓝 (a ^ b))
theorem continuous_within_at.cpow {α : Type u_1} {f g : α → } {s : set α} {a : α} (hf : a) (hg : a) (h0 : 0 < (f a).re (f a).im 0) :
continuous_within_at (λ (x : α), f x ^ g x) s a
theorem continuous_within_at.const_cpow {α : Type u_1} {f : α → } {s : set α} {a : α} {b : } (hf : a) (h : b 0 f a 0) :
continuous_within_at (λ (x : α), b ^ f x) s a
theorem continuous_at.cpow {α : Type u_1} {f g : α → } {a : α} (hf : a) (hg : a) (h0 : 0 < (f a).re (f a).im 0) :
continuous_at (λ (x : α), f x ^ g x) a
theorem continuous_at.const_cpow {α : Type u_1} {f : α → } {a : α} {b : } (hf : a) (h : b 0 f a 0) :
continuous_at (λ (x : α), b ^ f x) a
theorem continuous_on.cpow {α : Type u_1} {f g : α → } {s : set α} (hf : s) (hg : s) (h0 : ∀ (a : α), a s0 < (f a).re (f a).im 0) :
continuous_on (λ (x : α), f x ^ g x) s
theorem continuous_on.const_cpow {α : Type u_1} {f : α → } {s : set α} {b : } (hf : s) (h : b 0 ∀ (a : α), a sf a 0) :
continuous_on (λ (x : α), b ^ f x) s
theorem continuous.cpow {α : Type u_1} {f g : α → } (hf : continuous f) (hg : continuous g) (h0 : ∀ (a : α), 0 < (f a).re (f a).im 0) :
continuous (λ (x : α), f x ^ g x)
theorem continuous.const_cpow {α : Type u_1} {f : α → } {b : } (hf : continuous f) (h : b 0 ∀ (a : α), f a 0) :
continuous (λ (x : α), b ^ f x)
noncomputable def real.rpow (x y : ) :

The real power function x^y, defined as the real part of the complex power function. For x > 0, it is equal to exp(y log x). For x = 0, one sets 0^0=1 and 0^y=0 for y ≠ 0. For x < 0, the definition is somewhat arbitary as it depends on the choice of a complex determination of the logarithm. With our conventions, it is equal to exp (y log x) cos (πy).

Equations
@[protected, instance]
noncomputable def real.has_pow  :
Equations
@[simp]
theorem real.rpow_eq_pow (x y : ) :
x.rpow y = x ^ y
theorem real.rpow_def (x y : ) :
x ^ y = (x ^ y).re
theorem real.rpow_def_of_nonneg {x : } (hx : 0 x) (y : ) :
x ^ y = ite (x = 0) (ite (y = 0) 1 0) (real.exp ((real.log x) * y))
theorem real.rpow_def_of_pos {x : } (hx : 0 < x) (y : ) :
x ^ y = real.exp ((real.log x) * y)
theorem real.exp_mul (x y : ) :
real.exp (x * y) = ^ y
theorem real.rpow_eq_zero_iff_of_nonneg {x y : } (hx : 0 x) :
x ^ y = 0 x = 0 y 0
theorem real.rpow_def_of_neg {x : } (hx : x < 0) (y : ) :
x ^ y = (real.exp ((real.log x) * y)) * real.cos (y * real.pi)
theorem real.rpow_def_of_nonpos {x : } (hx : x 0) (y : ) :
x ^ y = ite (x = 0) (ite (y = 0) 1 0) ((real.exp ((real.log x) * y)) * real.cos (y * real.pi))
theorem real.rpow_pos_of_pos {x : } (hx : 0 < x) (y : ) :
0 < x ^ y
@[simp]
theorem real.rpow_zero (x : ) :
x ^ 0 = 1
@[simp]
theorem real.zero_rpow {x : } (h : x 0) :
0 ^ x = 0
theorem real.zero_rpow_eq_iff {x a : } :
0 ^ x = a x 0 a = 0 x = 0 a = 1
theorem real.eq_zero_rpow_iff {x a : } :
a = 0 ^ x x 0 a = 0 x = 0 a = 1
@[simp]
theorem real.rpow_one (x : ) :
x ^ 1 = x
@[simp]
theorem real.one_rpow (x : ) :
1 ^ x = 1
theorem real.zero_rpow_le_one (x : ) :
0 ^ x 1
theorem real.zero_rpow_nonneg (x : ) :
0 0 ^ x
theorem real.rpow_nonneg_of_nonneg {x : } (hx : 0 x) (y : ) :
0 x ^ y
theorem real.abs_rpow_le_abs_rpow (x y : ) :
|x ^ y| |x| ^ y
theorem real.abs_rpow_le_exp_log_mul (x y : ) :
|x ^ y| real.exp ((real.log x) * y)
theorem real.abs_rpow_of_nonneg {x y : } (hx_nonneg : 0 x) :
|x ^ y| = |x| ^ y
theorem real.norm_rpow_of_nonneg {x y : } (hx_nonneg : 0 x) :
x ^ y = x ^ y
theorem complex.of_real_cpow {x : } (hx : 0 x) (y : ) :
(x ^ y) = x ^ y
@[simp]
theorem complex.abs_cpow_real (x : ) (y : ) :
@[simp]
theorem complex.abs_cpow_inv_nat (x : ) (n : ) :
theorem real.rpow_add {x : } (hx : 0 < x) (y z : ) :
x ^ (y + z) = (x ^ y) * x ^ z
theorem real.rpow_add' {x : } (hx : 0 x) {y z : } (h : y + z 0) :
x ^ (y + z) = (x ^ y) * x ^ z
theorem real.le_rpow_add {x : } (hx : 0 x) (y z : ) :
(x ^ y) * x ^ z x ^ (y + z)

For 0 ≤ x, the only problematic case in the equality x ^ y * x ^ z = x ^ (y + z) is for x = 0 and y + z = 0, where the right hand side is 1 while the left hand side can vanish. The inequality is always true, though, and given in this lemma.

theorem real.rpow_mul {x : } (hx : 0 x) (y z : ) :
x ^ y * z = (x ^ y) ^ z
theorem real.rpow_neg {x : } (hx : 0 x) (y : ) :
x ^ -y = (x ^ y)⁻¹
theorem real.rpow_sub {x : } (hx : 0 < x) (y z : ) :
x ^ (y - z) = x ^ y / x ^ z
theorem real.rpow_sub' {x : } (hx : 0 x) {y z : } (h : y - z 0) :
x ^ (y - z) = x ^ y / x ^ z
theorem real.rpow_add_int {x : } (hx : x 0) (y : ) (n : ) :
x ^ (y + n) = (x ^ y) * x ^ n
theorem real.rpow_add_nat {x : } (hx : x 0) (y : ) (n : ) :
x ^ (y + n) = (x ^ y) * x ^ n
theorem real.rpow_sub_int {x : } (hx : x 0) (y : ) (n : ) :
x ^ (y - n) = x ^ y / x ^ n
theorem real.rpow_sub_nat {x : } (hx : x 0) (y : ) (n : ) :
x ^ (y - n) = x ^ y / x ^ n
theorem real.rpow_add_one {x : } (hx : x 0) (y : ) :
x ^ (y + 1) = (x ^ y) * x
theorem real.rpow_sub_one {x : } (hx : x 0) (y : ) :
x ^ (y - 1) = x ^ y / x
@[simp, norm_cast]
theorem real.rpow_int_cast (x : ) (n : ) :
x ^ n = x ^ n
@[simp, norm_cast]
theorem real.rpow_nat_cast (x : ) (n : ) :
x ^ n = x ^ n
theorem real.rpow_neg_one (x : ) :
x ^ -1 = x⁻¹
theorem real.mul_rpow {x y z : } (h : 0 x) (h₁ : 0 y) :
(x * y) ^ z = (x ^ z) * y ^ z
theorem real.inv_rpow {x : } (hx : 0 x) (y : ) :
x⁻¹ ^ y = (x ^ y)⁻¹
theorem real.div_rpow {x y : } (hx : 0 x) (hy : 0 y) (z : ) :
(x / y) ^ z = x ^ z / y ^ z
theorem real.log_rpow {x : } (hx : 0 < x) (y : ) :
real.log (x ^ y) = y *
theorem real.rpow_lt_rpow {x y z : } (hx : 0 x) (hxy : x < y) (hz : 0 < z) :
x ^ z < y ^ z
theorem real.rpow_le_rpow {x y z : } (h : 0 x) (h₁ : x y) (h₂ : 0 z) :
x ^ z y ^ z
theorem real.rpow_lt_rpow_iff {x y z : } (hx : 0 x) (hy : 0 y) (hz : 0 < z) :
x ^ z < y ^ z x < y
theorem real.rpow_le_rpow_iff {x y z : } (hx : 0 x) (hy : 0 y) (hz : 0 < z) :
x ^ z y ^ z x y
theorem real.rpow_lt_rpow_of_exponent_lt {x y z : } (hx : 1 < x) (hyz : y < z) :
x ^ y < x ^ z
theorem real.rpow_le_rpow_of_exponent_le {x y z : } (hx : 1 x) (hyz : y z) :
x ^ y x ^ z
theorem real.rpow_lt_rpow_of_exponent_gt {x y z : } (hx0 : 0 < x) (hx1 : x < 1) (hyz : z < y) :
x ^ y < x ^ z
theorem real.rpow_le_rpow_of_exponent_ge {x y z : } (hx0 : 0 < x) (hx1 : x 1) (hyz : z y) :
x ^ y x ^ z
theorem real.rpow_lt_one {x z : } (hx1 : 0 x) (hx2 : x < 1) (hz : 0 < z) :
x ^ z < 1
theorem real.rpow_le_one {x z : } (hx1 : 0 x) (hx2 : x 1) (hz : 0 z) :
x ^ z 1
theorem real.rpow_lt_one_of_one_lt_of_neg {x z : } (hx : 1 < x) (hz : z < 0) :
x ^ z < 1
theorem real.rpow_le_one_of_one_le_of_nonpos {x z : } (hx : 1 x) (hz : z 0) :
x ^ z 1
theorem real.one_lt_rpow {x z : } (hx : 1 < x) (hz : 0 < z) :
1 < x ^ z
theorem real.one_le_rpow {x z : } (hx : 1 x) (hz : 0 z) :
1 x ^ z
theorem real.one_lt_rpow_of_pos_of_lt_one_of_neg {x z : } (hx1 : 0 < x) (hx2 : x < 1) (hz : z < 0) :
1 < x ^ z
theorem real.one_le_rpow_of_pos_of_le_one_of_nonpos {x z : } (hx1 : 0 < x) (hx2 : x 1) (hz : z 0) :
1 x ^ z
theorem real.rpow_lt_one_iff_of_pos {x y : } (hx : 0 < x) :
x ^ y < 1 1 < x y < 0 x < 1 0 < y
theorem real.rpow_lt_one_iff {x y : } (hx : 0 x) :
x ^ y < 1 x = 0 y 0 1 < x y < 0 x < 1 0 < y
theorem real.one_lt_rpow_iff_of_pos {x y : } (hx : 0 < x) :
1 < x ^ y 1 < x 0 < y x < 1 y < 0
theorem real.one_lt_rpow_iff {x y : } (hx : 0 x) :
1 < x ^ y 1 < x 0 < y 0 < x x < 1 y < 0
theorem real.rpow_le_rpow_of_exponent_ge' {x y z : } (hx0 : 0 x) (hx1 : x 1) (hz : 0 z) (hyz : z y) :
x ^ y x ^ z
theorem real.rpow_left_inj_on {x : } (hx : x 0) :
set.inj_on (λ (y : ), y ^ x) {y : | 0 y}
theorem real.le_rpow_iff_log_le {x y z : } (hx : 0 < x) (hy : 0 < y) :
x y ^ z z *
theorem real.le_rpow_of_log_le {x y z : } (hx : 0 x) (hy : 0 < y) (h : z * ) :
x y ^ z
theorem real.lt_rpow_iff_log_lt {x y z : } (hx : 0 < x) (hy : 0 < y) :
x < y ^ z < z *
theorem real.lt_rpow_of_log_lt {x y z : } (hx : 0 x) (hy : 0 < y) (h : < z * ) :
x < y ^ z
theorem real.rpow_le_one_iff_of_pos {x y : } (hx : 0 < x) :
x ^ y 1 1 x y 0 x 1 0 y
theorem real.pow_nat_rpow_nat_inv {x : } (hx : 0 x) {n : } (hn : 0 < n) :
(x ^ n) ^ (n)⁻¹ = x
theorem real.rpow_nat_inv_pow_nat {x : } (hx : 0 x) {n : } (hn : 0 < n) :
(x ^ (n)⁻¹) ^ n = x
theorem real.continuous_at_const_rpow {a b : } (h : a 0) :
theorem real.continuous_at_const_rpow' {a b : } (h : b 0) :
theorem real.rpow_eq_nhds_of_neg {p : × } (hp_fst : p.fst < 0) :
(λ (x : × ), x.fst ^ x.snd) =ᶠ[𝓝 p] λ (x : × ), (real.exp ((real.log x.fst) * x.snd)) * real.cos ((x.snd) * real.pi)
theorem real.rpow_eq_nhds_of_pos {p : × } (hp_fst : 0 < p.fst) :
(λ (x : × ), x.fst ^ x.snd) =ᶠ[𝓝 p] λ (x : × ), real.exp ((real.log x.fst) * x.snd)
theorem real.continuous_at_rpow_of_ne (p : × ) (hp : p.fst 0) :
continuous_at (λ (p : × ), p.fst ^ p.snd) p
theorem real.continuous_at_rpow_of_pos (p : × ) (hp : 0 < p.snd) :
continuous_at (λ (p : × ), p.fst ^ p.snd) p
theorem real.continuous_at_rpow (p : × ) (h : p.fst 0 0 < p.snd) :
continuous_at (λ (p : × ), p.fst ^ p.snd) p
theorem filter.tendsto.rpow {α : Type u_1} {l : filter α} {f g : α → } {x y : } (hf : (𝓝 x)) (hg : (𝓝 y)) (h : x 0 0 < y) :
filter.tendsto (λ (t : α), f t ^ g t) l (𝓝 (x ^ y))
theorem filter.tendsto.rpow_const {α : Type u_1} {l : filter α} {f : α → } {x p : } (hf : (𝓝 x)) (h : x 0 0 p) :
filter.tendsto (λ (a : α), f a ^ p) l (𝓝 (x ^ p))
theorem continuous_at.rpow {α : Type u_1} {f g : α → } {x : α} (hf : x) (hg : x) (h : f x 0 0 < g x) :
continuous_at (λ (t : α), f t ^ g t) x
theorem continuous_within_at.rpow {α : Type u_1} {f g : α → } {s : set α} {x : α} (hf : x) (hg : x) (h : f x 0 0 < g x) :
continuous_within_at (λ (t : α), f t ^ g t) s x
theorem continuous_on.rpow {α : Type u_1} {f g : α → } {s : set α} (hf : s) (hg : s) (h : ∀ (x : α), x sf x 0 0 < g x) :
continuous_on (λ (t : α), f t ^ g t) s
theorem continuous.rpow {α : Type u_1} {f g : α → } (hf : continuous f) (hg : continuous g) (h : ∀ (x : α), f x 0 0 < g x) :
continuous (λ (x : α), f x ^ g x)
theorem continuous_within_at.rpow_const {α : Type u_1} {f : α → } {s : set α} {x : α} {p : } (hf : x) (h : f x 0 0 p) :
continuous_within_at (λ (x : α), f x ^ p) s x
theorem continuous_at.rpow_const {α : Type u_1} {f : α → } {x : α} {p : } (hf : x) (h : f x 0 0 p) :
continuous_at (λ (x : α), f x ^ p) x
theorem continuous_on.rpow_const {α : Type u_1} {f : α → } {s : set α} {p : } (hf : s) (h : ∀ (x : α), x sf x 0 0 p) :
continuous_on (λ (x : α), f x ^ p) s
theorem continuous.rpow_const {α : Type u_1} {f : α → } {p : } (hf : continuous f) (h : ∀ (x : α), f x 0 0 p) :
continuous (λ (x : α), f x ^ p)
theorem real.sqrt_eq_rpow (x : ) :
= x ^ (1 / 2)
theorem tendsto_rpow_at_top {y : } (hy : 0 < y) :

The function x ^ y tends to +∞ at +∞ for any positive real y.

theorem tendsto_rpow_neg_at_top {y : } (hy : 0 < y) :
filter.tendsto (λ (x : ), x ^ -y) filter.at_top (𝓝 0)

The function x ^ (-y) tends to 0 at +∞ for any positive real y.

theorem tendsto_rpow_div_mul_add (a b c : ) (hb : 0 b) :
filter.tendsto (λ (x : ), x ^ (a / (b * x + c))) filter.at_top (𝓝 1)

The function x ^ (a / (b * x + c)) tends to 1 at +∞, for any real numbers a, b, and c such that b is nonzero.

theorem tendsto_rpow_div  :
filter.tendsto (λ (x : ), x ^ (1 / x)) filter.at_top (𝓝 1)

The function x ^ (1 / x) tends to 1 at +∞.

theorem tendsto_rpow_neg_div  :
filter.tendsto (λ (x : ), x ^ ((-1) / x)) filter.at_top (𝓝 1)

The function x ^ (-1 / x) tends to 1 at +∞.

noncomputable def nnreal.rpow (x : ℝ≥0) (y : ) :

The nonnegative real power function x^y, defined for x : ℝ≥0 and y : ℝ as the restriction of the real power function. For x > 0, it is equal to exp (y log x). For x = 0, one sets 0 ^ 0 = 1 and 0 ^ y = 0 for y ≠ 0.

Equations
@[protected, instance]
noncomputable def nnreal.real.has_pow  :
Equations
@[simp]
theorem nnreal.rpow_eq_pow (x : ℝ≥0) (y : ) :
x.rpow y = x ^ y
@[simp, norm_cast]
theorem nnreal.coe_rpow (x : ℝ≥0) (y : ) :
(x ^ y) = x ^ y
@[simp]
theorem nnreal.rpow_zero (x : ℝ≥0) :
x ^ 0 = 1
@[simp]
theorem nnreal.rpow_eq_zero_iff {x : ℝ≥0} {y : } :
x ^ y = 0 x = 0 y 0
@[simp]
theorem nnreal.zero_rpow {x : } (h : x 0) :
0 ^ x = 0
@[simp]
theorem nnreal.rpow_one (x : ℝ≥0) :
x ^ 1 = x
@[simp]
theorem nnreal.one_rpow (x : ) :
1 ^ x = 1
theorem nnreal.rpow_add {x : ℝ≥0} (hx : x 0) (y z : ) :
x ^ (y + z) = (x ^ y) * x ^ z
theorem nnreal.rpow_add' (x : ℝ≥0) {y z : } (h : y + z 0) :
x ^ (y + z) = (x ^ y) * x ^ z
theorem nnreal.rpow_mul (x : ℝ≥0) (y z : ) :
x ^ y * z = (x ^ y) ^ z
theorem nnreal.rpow_neg (x : ℝ≥0) (y : ) :
x ^ -y = (x ^ y)⁻¹
theorem nnreal.rpow_neg_one (x : ℝ≥0) :
x ^ -1 = x⁻¹
theorem nnreal.rpow_sub {x : ℝ≥0} (hx : x 0) (y z : ) :
x ^ (y - z) = x ^ y / x ^ z
theorem nnreal.rpow_sub' (x : ℝ≥0) {y z : } (h : y - z 0) :
x ^ (y - z) = x ^ y / x ^ z
theorem nnreal.rpow_inv_rpow_self {y : } (hy : y 0) (x : ℝ≥0) :
(x ^ y) ^ (1 / y) = x
theorem nnreal.rpow_self_rpow_inv {y : } (hy : y 0) (x : ℝ≥0) :
(x ^ (1 / y)) ^ y = x
theorem nnreal.inv_rpow (x : ℝ≥0) (y : ) :
x⁻¹ ^ y = (x ^ y)⁻¹
theorem nnreal.div_rpow (x y : ℝ≥0) (z : ) :
(x / y) ^ z = x ^ z / y ^ z
theorem nnreal.sqrt_eq_rpow (x : ℝ≥0) :
= x ^ (1 / 2)
@[simp, norm_cast]
theorem nnreal.rpow_nat_cast (x : ℝ≥0) (n : ) :
x ^ n = x ^ n
theorem nnreal.mul_rpow {x y : ℝ≥0} {z : } :
(x * y) ^ z = (x ^ z) * y ^ z
theorem nnreal.rpow_le_rpow {x y : ℝ≥0} {z : } (h₁ : x y) (h₂ : 0 z) :
x ^ z y ^ z
theorem nnreal.rpow_lt_rpow {x y : ℝ≥0} {z : } (h₁ : x < y) (h₂ : 0 < z) :
x ^ z < y ^ z
theorem nnreal.rpow_lt_rpow_iff {x y : ℝ≥0} {z : } (hz : 0 < z) :
x ^ z < y ^ z x < y
theorem nnreal.rpow_le_rpow_iff {x y : ℝ≥0} {z : } (hz : 0 < z) :
x ^ z y ^ z x y
theorem nnreal.le_rpow_one_div_iff {x y : ℝ≥0} {z : } (hz : 0 < z) :
x y ^ (1 / z) x ^ z y
theorem nnreal.rpow_one_div_le_iff {x y : ℝ≥0} {z : } (hz : 0 < z) :
x ^ (1 / z) y x y ^ z
theorem nnreal.rpow_lt_rpow_of_exponent_lt {x : ℝ≥0} {y z : } (hx : 1 < x) (hyz : y < z) :
x ^ y < x ^ z
theorem nnreal.rpow_le_rpow_of_exponent_le {x : ℝ≥0} {y z : } (hx : 1 x) (hyz : y z) :
x ^ y x ^ z
theorem nnreal.rpow_lt_rpow_of_exponent_gt {x : ℝ≥0} {y z : } (hx0 : 0 < x) (hx1 : x < 1) (hyz : z < y) :
x ^ y < x ^ z
theorem nnreal.rpow_le_rpow_of_exponent_ge {x : ℝ≥0} {y z : } (hx0 : 0 < x) (hx1 : x 1) (hyz : z y) :
x ^ y x ^ z
theorem nnreal.rpow_pos {p : } {x : ℝ≥0} (hx_pos : 0 < x) :
0 < x ^ p
theorem nnreal.rpow_lt_one {x : ℝ≥0} {z : } (hx : 0 x) (hx1 : x < 1) (hz : 0 < z) :
x ^ z < 1
theorem nnreal.rpow_le_one {x : ℝ≥0} {z : } (hx2 : x 1) (hz : 0 z) :
x ^ z 1
theorem nnreal.rpow_lt_one_of_one_lt_of_neg {x : ℝ≥0} {z : } (hx : 1 < x) (hz : z < 0) :
x ^ z < 1
theorem nnreal.rpow_le_one_of_one_le_of_nonpos {x : ℝ≥0} {z : } (hx : 1 x) (hz : z 0) :
x ^ z 1
theorem nnreal.one_lt_rpow {x : ℝ≥0} {z : } (hx : 1 < x) (hz : 0 < z) :
1 < x ^ z
theorem nnreal.one_le_rpow {x : ℝ≥0} {z : } (h : 1 x) (h₁ : 0 z) :
1 x ^ z
theorem nnreal.one_lt_rpow_of_pos_of_lt_one_of_neg {x : ℝ≥0} {z : } (hx1 : 0 < x) (hx2 : x < 1) (hz : z < 0) :
1 < x ^ z
theorem nnreal.one_le_rpow_of_pos_of_le_one_of_nonpos {x : ℝ≥0} {z : } (hx1 : 0 < x) (hx2 : x 1) (hz : z 0) :
1 x ^ z
theorem nnreal.rpow_le_self_of_le_one {x : ℝ≥0} {z : } (hx : x 1) (h_one_le : 1 z) :
x ^ z x
theorem nnreal.rpow_left_injective {x : } (hx : x 0) :
function.injective (λ (y : ℝ≥0), y ^ x)
theorem nnreal.rpow_eq_rpow_iff {x y : ℝ≥0} {z : } (hz : z 0) :
x ^ z = y ^ z x = y
theorem nnreal.rpow_left_surjective {x : } (hx : x 0) :
function.surjective (λ (y : ℝ≥0), y ^ x)
theorem nnreal.rpow_left_bijective {x : } (hx : x 0) :
function.bijective (λ (y : ℝ≥0), y ^ x)
theorem nnreal.eq_rpow_one_div_iff {x y : ℝ≥0} {z : } (hz : z 0) :
x = y ^ (1 / z) x ^ z = y
theorem nnreal.rpow_one_div_eq_iff {x y : ℝ≥0} {z : } (hz : z 0) :
x ^ (1 / z) = y x = y ^ z
theorem nnreal.pow_nat_rpow_nat_inv (x : ℝ≥0) {n : } (hn : 0 < n) :
(x ^ n) ^ (n)⁻¹ = x
theorem nnreal.rpow_nat_inv_pow_nat (x : ℝ≥0) {n : } (hn : 0 < n) :
(x ^ (n)⁻¹) ^ n = x
theorem nnreal.continuous_at_rpow {x : ℝ≥0} {y : } (h : x 0 0 < y) :
continuous_at (λ (p : , p.fst ^ p.snd) (x, y)
theorem real.to_nnreal_rpow_of_nonneg {x y : } (hx : 0 x) :
(x ^ y).to_nnreal = x.to_nnreal ^ y
theorem filter.tendsto.nnrpow {α : Type u_1} {f : filter α} {u : α → ℝ≥0} {v : α → } {x : ℝ≥0} {y : } (hx : (𝓝 x)) (hy : (𝓝 y)) (h : x 0 0 < y) :
filter.tendsto (λ (a : α), u a ^ v a) f (𝓝 (x ^ y))
theorem nnreal.continuous_at_rpow_const {x : ℝ≥0} {y : } (h : x 0 0 y) :
continuous_at (λ (z : ℝ≥0), z ^ y) x
theorem nnreal.continuous_rpow_const {y : } (h : 0 y) :
continuous (λ (x : ℝ≥0), x ^ y)
noncomputable def ennreal.rpow  :

The real power function x^y on extended nonnegative reals, defined for x : ℝ≥0∞ and y : ℝ as the restriction of the real power function if 0 < x < ⊤, and with the natural values for 0 and ⊤ (i.e., 0 ^ x = 0 for x > 0, 1 for x = 0 and ⊤ for x < 0, and ⊤ ^ x = 1 / 0 ^ x).

Equations
@[protected, instance]
noncomputable def ennreal.real.has_pow  :
Equations
@[simp]
theorem ennreal.rpow_eq_pow (x : ℝ≥0∞) (y : ) :
x.rpow y = x ^ y
@[simp]
theorem ennreal.rpow_zero {x : ℝ≥0∞} :
x ^ 0 = 1
theorem ennreal.top_rpow_def (y : ) :
^ y = ite (0 < y) (ite (y = 0) 1 0)
@[simp]
theorem ennreal.top_rpow_of_pos {y : } (h : 0 < y) :
@[simp]
theorem ennreal.top_rpow_of_neg {y : } (h : y < 0) :
^ y = 0
@[simp]
theorem ennreal.zero_rpow_of_pos {y : } (h : 0 < y) :
0 ^ y = 0
@[simp]
theorem ennreal.zero_rpow_of_neg {y : } (h : y < 0) :
0 ^ y =
theorem ennreal.zero_rpow_def (y : ) :
0 ^ y = ite (0 < y) 0 (ite (y = 0) 1 )
@[simp]
theorem ennreal.zero_rpow_mul_self (y : ) :
(0 ^ y) * 0 ^ y = 0 ^ y
@[norm_cast]
theorem ennreal.coe_rpow_of_ne_zero {x : ℝ≥0} (h : x 0) (y : ) :
x ^ y = (x ^ y)
@[norm_cast]
theorem ennreal.coe_rpow_of_nonneg (x : ℝ≥0) {y : } (h : 0 y) :
x ^ y = (x ^ y)
theorem ennreal.coe_rpow_def (x : ℝ≥0) (y : ) :
x ^ y = ite (x = 0 y < 0) (x ^ y)
@[simp]
theorem ennreal.rpow_one (x : ℝ≥0∞) :
x ^ 1 = x
@[simp]
theorem ennreal.one_rpow (x : ) :
1 ^ x = 1
@[simp]
theorem ennreal.rpow_eq_zero_iff {x : ℝ≥0∞} {y : } :
x ^ y = 0 x = 0 0 < y x = y < 0
@[simp]
theorem ennreal.rpow_eq_top_iff {x : ℝ≥0∞} {y : } :
x ^ y = x = 0 y < 0 x = 0 < y
theorem ennreal.rpow_eq_top_iff_of_pos {x : ℝ≥0∞} {y : } (hy : 0 < y) :
x ^ y = x =
theorem ennreal.rpow_eq_top_of_nonneg (x : ℝ≥0∞) {y : } (hy0 : 0 y) :
x ^ y = x =
theorem ennreal.rpow_ne_top_of_nonneg {x : ℝ≥0∞} {y : } (hy0 : 0 y) (h : x ) :
x ^ y
theorem ennreal.rpow_lt_top_of_nonneg {x : ℝ≥0∞} {y : } (hy0 : 0 y) (h : x ) :
x ^ y <
theorem ennreal.rpow_add {x : ℝ≥0∞} (y z : ) (hx : x 0) (h'x : x ) :
x ^ (y + z) = (x ^ y) * x ^ z
theorem ennreal.rpow_neg (x : ℝ≥0∞) (y : ) :
x ^ -y = (x ^ y)⁻¹
theorem ennreal.rpow_sub {x : ℝ≥0∞} (y z : ) (hx : x 0) (h'x : x ) :
x ^ (y - z) = x ^ y / x ^ z
theorem ennreal.rpow_neg_one (x : ℝ≥0∞) :
x ^ -1 = x⁻¹
theorem ennreal.rpow_mul (x : ℝ≥0∞) (y z : ) :
x ^ y * z = (x ^ y) ^ z
@[simp, norm_cast]
theorem ennreal.rpow_nat_cast (x : ℝ≥0∞) (n : ) :
x ^ n = x ^ n
theorem ennreal.mul_rpow_eq_ite (x y : ℝ≥0∞) (z : ) :
(x * y) ^ z = ite ((x = 0 y = x = y = 0) z < 0) ((x ^ z) * y ^ z)
theorem ennreal.mul_rpow_of_ne_top {x y : ℝ≥0∞} (hx : x ) (hy : y ) (z : ) :
(x * y) ^ z = (x ^ z) * y ^ z
@[norm_cast]
theorem ennreal.coe_mul_rpow (x y : ℝ≥0) (z : ) :
((x) * y) ^ z = (x ^ z) * y ^ z
theorem ennreal.mul_rpow_of_ne_zero {x y : ℝ≥0∞} (hx : x 0) (hy : y 0) (z : ) :
(x * y) ^ z = (x ^ z) * y ^ z
theorem ennreal.mul_rpow_of_nonneg (x y : ℝ≥0∞) {z : } (hz : 0 z) :
(x * y) ^ z = (x ^ z) * y ^ z
theorem ennreal.inv_rpow (x : ℝ≥0∞) (y : ) :
x⁻¹ ^ y = (x ^ y)⁻¹
theorem ennreal.div_rpow_of_nonneg (x y : ℝ≥0∞) {z : } (hz : 0 z) :
(x / y) ^ z = x ^ z / y ^ z
theorem ennreal.strict_mono_rpow_of_pos {z : } (h : 0 < z) :
strict_mono (λ (x : ℝ≥0∞), x ^ z)
theorem ennreal.monotone_rpow_of_nonneg {z : } (h : 0 z) :
monotone (λ (x : ℝ≥0∞), x ^ z)
noncomputable def ennreal.order_iso_rpow (y : ) (hy : 0 < y) :

Bundles λ x : ℝ≥0∞, x ^ y into an order isomorphism when y : ℝ is positive, where the inverse is λ x : ℝ≥0∞, x ^ (1 / y).

Equations
@[simp]
theorem ennreal.order_iso_rpow_apply (y : ) (hy : 0 < y) (x : ℝ≥0∞) :
hy) x = x ^ y
theorem ennreal.order_iso_rpow_symm_apply (y : ) (hy : 0 < y) :
theorem ennreal.rpow_le_rpow {x y : ℝ≥0∞} {z : } (h₁ : x y) (h₂ : 0 z) :
x ^ z y ^ z
theorem ennreal.rpow_lt_rpow {x y : ℝ≥0∞} {z : } (h₁ : x < y) (h₂ : 0 < z) :
x ^ z < y ^ z
theorem ennreal.rpow_le_rpow_iff {x y : ℝ≥0∞} {z : } (hz : 0 < z) :
x ^ z y ^ z x y
theorem ennreal.rpow_lt_rpow_iff {x y : ℝ≥0∞} {z : } (hz : 0 < z) :
x ^ z < y ^ z x < y
theorem ennreal.le_rpow_one_div_iff {x y : ℝ≥0∞} {z : } (hz : 0 < z) :
x y ^ (1 / z) x ^ z y
theorem ennreal.lt_rpow_one_div_iff {x y : ℝ≥0∞} {z : } (hz : 0 < z) :
x < y ^ (1 / z) x ^ z < y
theorem ennreal.rpow_lt_rpow_of_exponent_lt {x : ℝ≥0∞} {y z : } (hx : 1 < x) (hx' : x ) (hyz : y < z) :
x ^ y < x ^ z
theorem ennreal.rpow_le_rpow_of_exponent_le {x : ℝ≥0∞} {y z : } (hx : 1 x) (hyz : y z) :
x ^ y x ^ z
theorem ennreal.rpow_lt_rpow_of_exponent_gt {x : ℝ≥0∞} {y z : } (hx0 : 0 < x) (hx1 : x < 1) (hyz : z < y) :
x ^ y < x ^ z
theorem ennreal.rpow_le_rpow_of_exponent_ge {x : ℝ≥0∞} {y z : } (hx1 : x 1) (hyz : z y) :
x ^ y x ^ z
theorem ennreal.rpow_le_self_of_le_one {x : ℝ≥0∞} {z : } (hx : x 1) (h_one_le : 1 z) :
x ^ z x
theorem ennreal.le_rpow_self_of_one_le {x : ℝ≥0∞} {z : } (hx : 1 x) (h_one_le : 1 z) :
x x ^ z
theorem ennreal.rpow_pos_of_nonneg {p : } {x : ℝ≥0∞} (hx_pos : 0 < x) (hp_nonneg : 0 p) :
0 < x ^ p
theorem ennreal.rpow_pos {p : } {x : ℝ≥0∞} (hx_pos : 0 < x) (hx_ne_top : x ) :
0 < x ^ p
theorem ennreal.rpow_lt_one {x : ℝ≥0∞} {z : } (hx : x < 1) (hz : 0 < z) :
x ^ z < 1
theorem ennreal.rpow_le_one {x : ℝ≥0∞} {z : } (hx : x 1) (hz : 0 z) :
x ^ z 1
theorem ennreal.rpow_lt_one_of_one_lt_of_neg {x : ℝ≥0∞} {z : } (hx : 1 < x) (hz : z < 0) :
x ^ z < 1
theorem ennreal.rpow_le_one_of_one_le_of_neg {x : ℝ≥0∞} {z : } (hx : 1 x) (hz : z < 0) :
x ^ z 1
theorem ennreal.one_lt_rpow {x : ℝ≥0∞} {z : } (hx : 1 < x) (hz : 0 < z) :
1 < x ^ z
theorem ennreal.one_le_rpow {x : ℝ≥0∞} {z : } (hx : 1 x) (hz : 0 < z) :
1 x ^ z
theorem ennreal.one_lt_rpow_of_pos_of_lt_one_of_neg {x : ℝ≥0∞} {z : } (hx1 : 0 < x) (hx2 : x < 1) (hz : z < 0) :
1 < x ^ z
theorem ennreal.one_le_rpow_of_pos_of_le_one_of_neg {x : ℝ≥0∞} {z : } (hx1 : 0 < x) (hx2 : x 1) (hz : z < 0) :
1 x ^ z
theorem ennreal.to_nnreal_rpow (x : ℝ≥0∞) (z : ) :
x.to_nnreal ^ z = (x ^ z).to_nnreal
theorem ennreal.to_real_rpow (x : ℝ≥0∞) (z : ) :
x.to_real ^ z = (x ^ z).to_real
theorem ennreal.of_real_rpow_of_pos {x p : } (hx_pos : 0 < x) :
theorem ennreal.of_real_rpow_of_nonneg {x p : } (hx_nonneg : 0 x) (hp_nonneg : 0 p) :
theorem ennreal.rpow_left_injective {x : } (hx : x 0) :
theorem ennreal.rpow_left_surjective {x : } (hx : x 0) :
theorem ennreal.rpow_left_bijective {x : } (hx : x 0) :
theorem ennreal.tendsto_rpow_at_top {y : } (hy : 0 < y) :
filter.tendsto (λ (x : ℝ≥0∞), x ^ y) (𝓝 ) (𝓝 )
@[continuity]
theorem ennreal.continuous_rpow_const {y : } :
continuous (λ (a : ℝ≥0∞), a ^ y)
theorem ennreal.tendsto_const_mul_rpow_nhds_zero_of_pos {c : ℝ≥0∞} (hc : c ) {y : } (hy : 0 < y) :
filter.tendsto (λ (x : ℝ≥0∞), c * x ^ y) (𝓝 0) (𝓝 0)
theorem filter.tendsto.ennrpow_const {α : Type u_1} {f : filter α} {m : α → ℝ≥0∞} {a : ℝ≥0∞} (r : ) (hm : (𝓝 a)) :
filter.tendsto (λ (x : α), m x ^ r) f (𝓝 (a ^ r))
theorem norm_num.rpow_pos (a b : ) (b' : ) (c : ) (hb : b = b') (h : a ^ b' = c) :
a ^ b = c
theorem norm_num.rpow_neg (a b : ) (b' : ) (c c' : ) (a0 : 0 a) (hb : b = b') (h : a ^ b' = c) (hc : c⁻¹ = c') :
a ^ -b = c'
meta def norm_num.prove_rpow (a b : expr) :

Evaluate real.rpow a b where a is a rational numeral and b is an integer. (This cannot go via the generalized version prove_rpow' because rpow_pos has a side condition; we do not attempt to evaluate a ^ b where a and b are both negative because it comes out to some garbage.)

meta def norm_num.prove_rpow' (pos neg zero : name) (α β one a b : expr) :

Generalized version of prove_cpow, prove_nnrpow, prove_ennrpow.

theorem norm_num.cpow_pos (a b : ) (b' : ) (c : ) (hb : b = b') (h : a ^ b' = c) :
a ^ b = c
theorem norm_num.cpow_neg (a b : ) (b' : ) (c c' : ) (hb : b = b') (h : a ^ b' = c) (hc : c⁻¹ = c') :
a ^ -b = c'
theorem norm_num.nnrpow_pos (a : ℝ≥0) (b : ) (b' : ) (c : ℝ≥0) (hb : b = b') (h : a ^ b' = c) :
a ^ b = c
theorem norm_num.nnrpow_neg (a : ℝ≥0) (b : ) (b' : ) (c c' : ℝ≥0) (hb : b = b') (h : a ^ b' = c) (hc : c⁻¹ = c') :
a ^ -b = c'
theorem norm_num.ennrpow_pos (a : ℝ≥0∞) (b : ) (b' : ) (c : ℝ≥0∞) (hb : b = b') (h : a ^ b' = c) :
a ^ b = c
theorem norm_num.ennrpow_neg (a : ℝ≥0∞) (b : ) (b' : ) (c c' : ℝ≥0∞) (hb : b = b') (h : a ^ b' = c) (hc : c⁻¹ = c') :
a ^ -b = c'
meta def norm_num.prove_cpow  :
exprexprtactic

Evaluate complex.cpow a b where a is a rational numeral and b is an integer.

meta def norm_num.prove_nnrpow  :
exprexprtactic

Evaluate nnreal.rpow a b where a is a rational numeral and b is an integer.

meta def norm_num.prove_ennrpow  :
exprexprtactic

Evaluate ennreal.rpow a b where a is a rational numeral and b is an integer.

Evaluates expressions of the form rpow a b, cpow a b and a ^ b in the special case where b is an integer and a is a positive rational (so it's really just a rational power).