Theorem 2pthfrgr 30432

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 2761	. . 3 ⊢ (Edg‘𝐺) = (Edg‘𝐺)
3	1, 2	2pthfrgrrn2 30431	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → ∀𝑎 ∈ 𝑉 ∀𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑚 ∈ 𝑉 (({𝑎, 𝑚} ∈ (Edg‘𝐺) ∧ {𝑚, 𝑏} ∈ (Edg‘𝐺)) ∧ (𝑎 ≠ 𝑚 ∧ 𝑚 ≠ 𝑏)))
4		frgrusgr 30409	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → 𝐺 ∈ USGraph)
5		usgruhgr 29333	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐺 ∈ USGraph → 𝐺 ∈ UHGraph)
6	4, 5	syl 17	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → 𝐺 ∈ UHGraph)
7	6	adantr 484	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) → 𝐺 ∈ UHGraph)
8	7	adantr 484	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) → 𝐺 ∈ UHGraph)
9	8	adantr 484	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) → 𝐺 ∈ UHGraph)
10		simpllr 785	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) → 𝑎 ∈ 𝑉)
11		simpr 488	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) → 𝑚 ∈ 𝑉)
12		eldifi 4084	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) → 𝑏 ∈ 𝑉)
13	12	ad2antlr 737	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) → 𝑏 ∈ 𝑉)
14	10, 11, 13	3jca 1140	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) → (𝑎 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ 𝑉 ∧ 𝑏 ∈ 𝑉))
15	9, 14	jca 519	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) ∧ 𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) ∧ 𝑚 ∈ 𝑉) → (𝐺 ∈ UHGraph ∧ (𝑎 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ 𝑉 ∧ 𝑏 ∈ 𝑉)))
16	15	adantr 484	. . . . . 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 790	. . . . . 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 4745	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ↔ (𝑏 ∈ 𝑉 ∧ 𝑏 ≠ 𝑎))
19		necom 3009	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑏 ≠ 𝑎 ↔ 𝑎 ≠ 𝑏)
20	19	biimpi 218	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑏 ≠ 𝑎 → 𝑎 ≠ 𝑏)
21	18, 20	simplbiim 512	. . . . . . 7 ⊢ (𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) → 𝑎 ≠ 𝑏)
22	21	ad3antlr 741	. . . . . 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 791	. . . . . 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 780	. . . . . 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 30089	. . . . . 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 1401	. . . . 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 3164	. . . 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 3173	. . 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 3173	. 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 15	1 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → ∀𝑎 ∈ 𝑉 ∀𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑓∃𝑝(𝑓(𝑎(SPathsOn‘𝐺)𝑏)𝑝 ∧ (♯‘𝑓) = 2))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 399   ∧ w3a 1097   = wceq 1559  ∃wex 1798   ∈ wcel 2141   ≠ wne 2956  ∀wral 3075  ∃wrex 3085   ∖ cdif 3901  {csn 4581  {cpr 4583   class class class wbr 5099  ‘cfv 6517  (class class class)co 7392  2c2 12269  ♯chash 14340  Vtxcvtx 29143  Edgcedg 29194  UHGraphcuhgr 29203  USGraphcusgr 29296  SPathsOncspthson 29859   FriendGraph cfrgr 30406

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1814  ax-4 1828  ax-5 1929  ax-6 1986  ax-7 2027  ax-8 2143  ax-9 2151  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2211  ax-ext 2733  ax-rep 5226  ax-sep 5245  ax-nul 5255  ax-pow 5321  ax-pr 5389  ax-un 7714  ax-cnex 11126  ax-resscn 11127  ax-1cn 11128  ax-icn 11129  ax-addcl 11130  ax-addrcl 11131  ax-mulcl 11132  ax-mulrcl 11133  ax-mulcom 11134  ax-addass 11135  ax-mulass 11136  ax-distr 11137  ax-i2m1 11138  ax-1ne0 11139  ax-1rid 11140  ax-rnegex 11141  ax-rrecex 11142  ax-cnre 11143  ax-pre-lttri 11144  ax-pre-lttrn 11145  ax-pre-ltadd 11146  ax-pre-mulgt0 11147

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 400  df-or 859  df-ifp 1074  df-3or 1098  df-3an 1099  df-tru 1562  df-fal 1572  df-ex 1799  df-nf 1803  df-sb 2090  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3061  df-ral 3076  df-rex 3086  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3455  df-sbc 3745  df-csb 3853  df-dif 3907  df-un 3909  df-in 3911  df-ss 3921  df-pss 3924  df-nul 4286  df-if 4480  df-pw 4556  df-sn 4582  df-pr 4584  df-tp 4586  df-op 4588  df-uni 4865  df-int 4905  df-iun 4950  df-br 5100  df-opab 5162  df-mpt 5181  df-tr 5207  df-id 5540  df-eprel 5545  df-po 5553  df-so 5554  df-fr 5598  df-we 5600  df-xp 5651  df-rel 5652  df-cnv 5653  df-co 5654  df-dm 5655  df-rn 5656  df-res 5657  df-ima 5658  df-pred 6284  df-ord 6345  df-on 6346  df-lim 6347  df-suc 6348  df-iota 6473  df-fun 6519  df-fn 6520  df-f 6521  df-f1 6522  df-fo 6523  df-f1o 6524  df-fv 6525  df-riota 7349  df-ov 7395  df-oprab 7396  df-mpo 7397  df-om 7843  df-1st 7966  df-2nd 7967  df-frecs 8257  df-wrecs 8288  df-recs 8337  df-rdg 8376  df-1o 8432  df-oadd 8436  df-er 8673  df-map 8805  df-en 8924  df-dom 8925  df-sdom 8926  df-fin 8927  df-dju 9856  df-card 9894  df-pnf 11215  df-mnf 11216  df-xr 11217  df-ltxr 11218  df-le 11219  df-sub 11413  df-neg 11414  df-nn 12208  df-2 12277  df-3 12278  df-n0 12479  df-z 12566  df-uz 12837  df-fz 13510  df-fzo 13657  df-hash 14341  df-word 14524  df-concat 14581  df-s1 14607  df-s2 14858  df-s3 14859  df-edg 29195  df-uhgr 29205  df-upgr 29229  df-umgr 29230  df-uspgr 29297  df-usgr 29298  df-wlks 29746  df-wlkson 29747  df-trls 29837  df-trlson 29838  df-spths 29861  df-spthson 29863  df-frgr 30407

This theorem is referenced by:  frgrconngr  30442