Theorem 2pthfrgrrn2 30353

Description: Between any two (different) vertices in a friendship graph is a 2-path (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, 16-Nov-2017.) (Revised by AV, 1-Apr-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
2pthfrgrrn.v	⊢ 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
2pthfrgrrn.e	⊢ 𝐸 = (Edg‘𝐺)

Assertion

Ref	Expression
2pthfrgrrn2	⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → ∀𝑎 ∈ 𝑉 ∀𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑏 ∈ 𝑉 (({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸) ∧ (𝑎 ≠ 𝑏 ∧ 𝑏 ≠ 𝑐)))

Distinct variable groups:   𝐸,𝑎,𝑏,𝑐   𝐺,𝑎,𝑏,𝑐   𝑉,𝑎,𝑏,𝑐

Proof of Theorem 2pthfrgrrn2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2pthfrgrrn.v	. . 3 ⊢ 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
2		2pthfrgrrn.e	. . 3 ⊢ 𝐸 = (Edg‘𝐺)
3	1, 2	2pthfrgrrn 30352	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → ∀𝑎 ∈ 𝑉 ∀𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑏 ∈ 𝑉 ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸))
4		frgrusgr 30331	. . . . . . 7 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → 𝐺 ∈ USGraph)
5	2	usgredgne 29275	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐺 ∈ USGraph ∧ {𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸) → 𝑎 ≠ 𝑏)
6	5	ex 412	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐺 ∈ USGraph → ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 → 𝑎 ≠ 𝑏))
7	2	usgredgne 29275	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐺 ∈ USGraph ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸) → 𝑏 ≠ 𝑐)
8	7	ex 412	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐺 ∈ USGraph → ({𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸 → 𝑏 ≠ 𝑐))
9	6, 8	anim12d 610	. . . . . . 7 ⊢ (𝐺 ∈ USGraph → (({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸) → (𝑎 ≠ 𝑏 ∧ 𝑏 ≠ 𝑐)))
10	4, 9	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → (({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸) → (𝑎 ≠ 𝑏 ∧ 𝑏 ≠ 𝑐)))
11	10	ad2antrr 727	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ (𝑎 ∈ 𝑉 ∧ 𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}))) ∧ 𝑏 ∈ 𝑉) → (({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸) → (𝑎 ≠ 𝑏 ∧ 𝑏 ≠ 𝑐)))
12	11	ancld 550	. . . 4 ⊢ (((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ (𝑎 ∈ 𝑉 ∧ 𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}))) ∧ 𝑏 ∈ 𝑉) → (({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸) → (({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸) ∧ (𝑎 ≠ 𝑏 ∧ 𝑏 ≠ 𝑐))))
13	12	reximdva 3150	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ (𝑎 ∈ 𝑉 ∧ 𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}))) → (∃𝑏 ∈ 𝑉 ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸) → ∃𝑏 ∈ 𝑉 (({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸) ∧ (𝑎 ≠ 𝑏 ∧ 𝑏 ≠ 𝑐))))
14	13	ralimdvva 3184	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → (∀𝑎 ∈ 𝑉 ∀𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑏 ∈ 𝑉 ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸) → ∀𝑎 ∈ 𝑉 ∀𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑏 ∈ 𝑉 (({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸) ∧ (𝑎 ≠ 𝑏 ∧ 𝑏 ≠ 𝑐))))
15	3, 14	mpd 15	1 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → ∀𝑎 ∈ 𝑉 ∀𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑏 ∈ 𝑉 (({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸) ∧ (𝑎 ≠ 𝑏 ∧ 𝑏 ≠ 𝑐)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1542   ∈ wcel 2114   ≠ wne 2932  ∀wral 3051  ∃wrex 3061   ∖ cdif 3886  {csn 4567  {cpr 4569  ‘cfv 6498  Vtxcvtx 29065  Edgcedg 29116  USGraphcusgr 29218   FriendGraph cfrgr 30328

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2708  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5307  ax-pr 5375  ax-un 7689  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3062  df-rmo 3342  df-reu 3343  df-rab 3390  df-v 3431  df-sbc 3729  df-csb 3838  df-dif 3892  df-un 3894  df-in 3896  df-ss 3906  df-pss 3909  df-nul 4274  df-if 4467  df-pw 4543  df-sn 4568  df-pr 4570  df-op 4574  df-uni 4851  df-int 4890  df-iun 4935  df-br 5086  df-opab 5148  df-mpt 5167  df-tr 5193  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6265  df-ord 6326  df-on 6327  df-lim 6328  df-suc 6329  df-iota 6454  df-fun 6500  df-fn 6501  df-f 6502  df-f1 6503  df-fo 6504  df-f1o 6505  df-fv 6506  df-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-om 7818  df-1st 7942  df-2nd 7943  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-1o 8405  df-oadd 8409  df-er 8643  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-fin 8897  df-dju 9825  df-card 9863  df-pnf 11181  df-mnf 11182  df-xr 11183  df-ltxr 11184  df-le 11185  df-sub 11379  df-neg 11380  df-nn 12175  df-2 12244  df-n0 12438  df-z 12525  df-uz 12789  df-fz 13462  df-hash 14293  df-edg 29117  df-umgr 29152  df-usgr 29220  df-frgr 30329

This theorem is referenced by:  2pthfrgr  30354  3cyclfrgrrn1  30355