Theorem 2pthfrgr 30772

Description: Between any two (different) vertices in a friendship graph, there is a 2-path (simple path of length 2), see Proposition 1(b) of [MertziosUnger] p. 153 : "A friendship graph G ..., as well as the distance between any two nodes in G is at most two". (Contributed by Alexander van der Vekens, 6-Dec-2017.) (Revised by AV, 1-Apr-2021.)

Hypothesis

Ref	Expression
2pthfrgr.v	⊢ 𝑉 = (Vtx‘𝐺)

Assertion

Ref	Expression
2pthfrgr	⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → ∀𝑎 ∈ 𝑉 ∀𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑓∃𝑝(𝑓(𝑎(SPathsOn‘𝐺)𝑏)𝑝 ∧ (♯‘𝑓) = 2))

Distinct variable groups:   𝐺,𝑎,𝑏,𝑓,𝑝   𝑉,𝑎,𝑏

Allowed substitution hints:   𝑉(𝑓, 𝑝)

Proof of Theorem 2pthfrgr

Dummy variable 𝑚 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2pthfrgr.v	. . 3 ⊢ 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
2		eqid 2762	. . 3 ⊢ (Edg‘𝐺) = (Edg‘𝐺)
3	1, 2	2pthfrgrrn2 30771	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → ∀𝑎 ∈ 𝑉 ∀𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑚 ∈ 𝑉 (({𝑎, 𝑚} ∈ (Edg‘𝐺) ∧ {𝑚, 𝑏} ∈ (Edg‘𝐺)) ∧ (𝑎 ≠ 𝑚 ∧ 𝑚 ≠ 𝑏)))
4		frgrusgr 30749	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → 𝐺 ∈ USGraph)
5		usgruhgr 29654	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐺 ∈ USGraph → 𝐺 ∈ UHGraph)
6	4, 5	syl 18	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → 𝐺 ∈ UHGraph)
7	6	adantr 486	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) → 𝐺 ∈ UHGraph)
8	7	adantr 486	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) → 𝐺 ∈ UHGraph)
9	8	adantr 486	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) → 𝐺 ∈ UHGraph)
10		simpllr 788	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) → 𝑎 ∈ 𝑉)
11		simpr 490	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) → 𝑚 ∈ 𝑉)
12		eldifi 4081	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) → 𝑏 ∈ 𝑉)
13	12	ad2antlr 740	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) → 𝑏 ∈ 𝑉)
14	10, 11, 13	3jca 1146	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) → (𝑎 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ 𝑉 ∧ 𝑏 ∈ 𝑉))
15	9, 14	jca 521	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) → (𝐺 ∈ UHGraph ∧ (𝑎 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ 𝑉 ∧ 𝑏 ∈ 𝑉)))
16	15	adantr 486	. . . . . 6 ⊢ (((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) ∧ (({𝑎, 𝑚} ∈ (Edg‘𝐺) ∧ {𝑚, 𝑏} ∈ (Edg‘𝐺)) ∧ (𝑎 ≠ 𝑚 ∧ 𝑚 ≠ 𝑏))) → (𝐺 ∈ UHGraph ∧ (𝑎 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ 𝑉 ∧ 𝑏 ∈ 𝑉)))
17		simprrl 793	. . . . . 6 ⊢ (((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) ∧ (({𝑎, 𝑚} ∈ (Edg‘𝐺) ∧ {𝑚, 𝑏} ∈ (Edg‘𝐺)) ∧ (𝑎 ≠ 𝑚 ∧ 𝑚 ≠ 𝑏))) → 𝑎 ≠ 𝑚)
18		eldifsn 4751	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ↔ (𝑏 ∈ 𝑉 ∧ 𝑏 ≠ 𝑎))
19		necom 3010	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑏 ≠ 𝑎 ↔ 𝑎 ≠ 𝑏)
20	19	biimpi 219	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑏 ≠ 𝑎 → 𝑎 ≠ 𝑏)
21	18, 20	simplbiim 514	. . . . . . 7 ⊢ (𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) → 𝑎 ≠ 𝑏)
22	21	ad3antlr 744	. . . . . 6 ⊢ (((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) ∧ (({𝑎, 𝑚} ∈ (Edg‘𝐺) ∧ {𝑚, 𝑏} ∈ (Edg‘𝐺)) ∧ (𝑎 ≠ 𝑚 ∧ 𝑚 ≠ 𝑏))) → 𝑎 ≠ 𝑏)
23		simprrr 794	. . . . . 6 ⊢ (((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) ∧ (({𝑎, 𝑚} ∈ (Edg‘𝐺) ∧ {𝑚, 𝑏} ∈ (Edg‘𝐺)) ∧ (𝑎 ≠ 𝑚 ∧ 𝑚 ≠ 𝑏))) → 𝑚 ≠ 𝑏)
24		simprl 783	. . . . . 6 ⊢ (((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) ∧ (({𝑎, 𝑚} ∈ (Edg‘𝐺) ∧ {𝑚, 𝑏} ∈ (Edg‘𝐺)) ∧ (𝑎 ≠ 𝑚 ∧ 𝑚 ≠ 𝑏))) → ({𝑎, 𝑚} ∈ (Edg‘𝐺) ∧ {𝑚, 𝑏} ∈ (Edg‘𝐺)))
25	1, 2	2pthon3v 30419	. . . . . 6 ⊢ (((𝐺 ∈ UHGraph ∧ (𝑎 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ 𝑉 ∧ 𝑏 ∈ 𝑉)) ∧ (𝑎 ≠ 𝑚 ∧ 𝑎 ≠ 𝑏 ∧ 𝑚 ≠ 𝑏) ∧ ({𝑎, 𝑚} ∈ (Edg‘𝐺) ∧ {𝑚, 𝑏} ∈ (Edg‘𝐺))) → ∃𝑓∃𝑝(𝑓(𝑎(SPathsOn‘𝐺)𝑏)𝑝 ∧ (♯‘𝑓) = 2))
26	16, 17, 22, 23, 24, 25	syl131anc 1410	. . . . 5 ⊢ (((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) ∧ (({𝑎, 𝑚} ∈ (Edg‘𝐺) ∧ {𝑚, 𝑏} ∈ (Edg‘𝐺)) ∧ (𝑎 ≠ 𝑚 ∧ 𝑚 ≠ 𝑏))) → ∃𝑓∃𝑝(𝑓(𝑎(SPathsOn‘𝐺)𝑏)𝑝 ∧ (♯‘𝑓) = 2))
27	26	rexlimdva2 3167	. . . 4 ⊢ (((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) → (∃𝑚 ∈ 𝑉 (({𝑎, 𝑚} ∈ (Edg‘𝐺) ∧ {𝑚, 𝑏} ∈ (Edg‘𝐺)) ∧ (𝑎 ≠ 𝑚 ∧ 𝑚 ≠ 𝑏)) → ∃𝑓∃𝑝(𝑓(𝑎(SPathsOn‘𝐺)𝑏)𝑝 ∧ (♯‘𝑓) = 2)))
28	27	ralimdva 3176	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) → (∀𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑚 ∈ 𝑉 (({𝑎, 𝑚} ∈ (Edg‘𝐺) ∧ {𝑚, 𝑏} ∈ (Edg‘𝐺)) ∧ (𝑎 ≠ 𝑚 ∧ 𝑚 ≠ 𝑏)) → ∀𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑓∃𝑝(𝑓(𝑎(SPathsOn‘𝐺)𝑏)𝑝 ∧ (♯‘𝑓) = 2)))
29	28	ralimdva 3176	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → (∀𝑎 ∈ 𝑉 ∀𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑚 ∈ 𝑉 (({𝑎, 𝑚} ∈ (Edg‘𝐺) ∧ {𝑚, 𝑏} ∈ (Edg‘𝐺)) ∧ (𝑎 ≠ 𝑚 ∧ 𝑚 ≠ 𝑏)) → ∀𝑎 ∈ 𝑉 ∀𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑓∃𝑝(𝑓(𝑎(SPathsOn‘𝐺)𝑏)𝑝 ∧ (♯‘𝑓) = 2)))
30	3, 29	mpd 16	1 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → ∀𝑎 ∈ 𝑉 ∀𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑓∃𝑝(𝑓(𝑎(SPathsOn‘𝐺)𝑏)𝑝 ∧ (♯‘𝑓) = 2))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570  ∃wex 1812   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2957  ∀wral 3078  ∃wrex 3088   ∖ cdif 3899  {csn 4587  {cpr 4589   class class class wbr 5107  ‘cfv 6537  (class class class)co 7417  2c2 12323  ♯chash 14398  Vtxcvtx 29461  Edgcedg 29512  UHGraphcuhgr 29521  USGraphcusgr 29617  SPathsOncspthson 30185   FriendGraph cfrgr 30746

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2215  ax-ext 2734  ax-rep 5236  ax-sep 5255  ax-nul 5267  ax-pow 5334  ax-pr 5402  ax-un 7740  ax-cnex 11184  ax-resscn 11185  ax-1cn 11186  ax-icn 11187  ax-addcl 11188  ax-addrcl 11189  ax-mulcl 11190  ax-mulrcl 11191  ax-mulcom 11192  ax-addass 11193  ax-mulass 11194  ax-distr 11195  ax-i2m1 11196  ax-1ne0 11197  ax-1rid 11198  ax-rnegex 11199  ax-rrecex 11200  ax-cnre 11201  ax-pre-lttri 11202  ax-pre-lttrn 11203  ax-pre-ltadd 11204  ax-pre-mulgt0 11205

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-ifp 1079  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3455  df-sbc 3743  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4283  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4588  df-pr 4590  df-tp 4592  df-op 4594  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-br 5108  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5554  df-eprel 5559  df-po 5567  df-so 5568  df-fr 5612  df-we 5614  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-riota 7374  df-ov 7420  df-oprab 7421  df-mpo 7422  df-om 7867  df-1st 7990  df-2nd 7991  df-frecs 8284  df-wrecs 8315  df-recs 8364  df-rdg 8403  df-1o 8459  df-oadd 8463  df-er 8700  df-map 8832  df-en 8957  df-dom 8958  df-sdom 8959  df-fin 8960  df-dju 9910  df-card 9948  df-pnf 11273  df-mnf 11274  df-xr 11275  df-ltxr 11276  df-le 11277  df-sub 11471  df-neg 11472  df-nn 12262  df-2 12331  df-3 12332  df-n0 12533  df-z 12620  df-uz 12892  df-fz 13566  df-fzo 13714  df-hash 14399  df-word 14583  df-concat 14640  df-s1 14667  df-s2 14923  df-s3 14924  df-edg 29513  df-uhgr 29523  df-upgr 29547  df-umgr 29548  df-uspgr 29618  df-usgr 29619  df-wlks 30067  df-wlkson 30068  df-trls 30162  df-trlson 30163  df-spths 30187  df-spthson 30189  df-frgr 30747

This theorem is used by:  frgrconngr  30782