Theorem 2pthfrgrrn2 30092

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 30091	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → ∀𝑎 ∈ 𝑉 ∀𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑏 ∈ 𝑉 ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸))
4		frgrusgr 30070	. . . . . . 7 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → 𝐺 ∈ USGraph)
5	2	usgredgne 29018	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐺 ∈ USGraph ∧ {𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸) → 𝑎 ≠ 𝑏)
6	5	ex 412	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐺 ∈ USGraph → ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 → 𝑎 ≠ 𝑏))
7	2	usgredgne 29018	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐺 ∈ USGraph ∧ {𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸) → 𝑏 ≠ 𝑐)
8	7	ex 412	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐺 ∈ USGraph → ({𝑏, 𝑐} ∈ 𝐸 → 𝑏 ≠ 𝑐))
9	6, 8	anim12d 608	. . . . . . 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 725	. . . . 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 3165	. . 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 3201	. 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 1534   ∈ wcel 2099   ≠ wne 2937  ∀wral 3058  ∃wrex 3067   ∖ cdif 3944  {csn 4629  {cpr 4631  ‘cfv 6548  Vtxcvtx 28808  Edgcedg 28859  USGraphcusgr 28961   FriendGraph cfrgr 30067

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1790  ax-4 1804  ax-5 1906  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2101  ax-9 2109  ax-10 2130  ax-11 2147  ax-12 2167  ax-ext 2699  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5365  ax-pr 5429  ax-un 7740  ax-cnex 11194  ax-resscn 11195  ax-1cn 11196  ax-icn 11197  ax-addcl 11198  ax-addrcl 11199  ax-mulcl 11200  ax-mulrcl 11201  ax-mulcom 11202  ax-addass 11203  ax-mulass 11204  ax-distr 11205  ax-i2m1 11206  ax-1ne0 11207  ax-1rid 11208  ax-rnegex 11209  ax-rrecex 11210  ax-cnre 11211  ax-pre-lttri 11212  ax-pre-lttrn 11213  ax-pre-ltadd 11214  ax-pre-mulgt0 11215

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 847  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1537  df-fal 1547  df-ex 1775  df-nf 1779  df-sb 2061  df-mo 2530  df-eu 2559  df-clab 2706  df-cleq 2720  df-clel 2806  df-nfc 2881  df-ne 2938  df-nel 3044  df-ral 3059  df-rex 3068  df-rmo 3373  df-reu 3374  df-rab 3430  df-v 3473  df-sbc 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-pss 3966  df-nul 4324  df-if 4530  df-pw 4605  df-sn 4630  df-pr 4632  df-op 4636  df-uni 4909  df-int 4950  df-iun 4998  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5576  df-eprel 5582  df-po 5590  df-so 5591  df-fr 5633  df-we 5635  df-xp 5684  df-rel 5685  df-cnv 5686  df-co 5687  df-dm 5688  df-rn 5689  df-res 5690  df-ima 5691  df-pred 6305  df-ord 6372  df-on 6373  df-lim 6374  df-suc 6375  df-iota 6500  df-fun 6550  df-fn 6551  df-f 6552  df-f1 6553  df-fo 6554  df-f1o 6555  df-fv 6556  df-riota 7376  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7871  df-1st 7993  df-2nd 7994  df-frecs 8286  df-wrecs 8317  df-recs 8391  df-rdg 8430  df-1o 8486  df-oadd 8490  df-er 8724  df-en 8964  df-dom 8965  df-sdom 8966  df-fin 8967  df-dju 9924  df-card 9962  df-pnf 11280  df-mnf 11281  df-xr 11282  df-ltxr 11283  df-le 11284  df-sub 11476  df-neg 11477  df-nn 12243  df-2 12305  df-n0 12503  df-z 12589  df-uz 12853  df-fz 13517  df-hash 14322  df-edg 28860  df-umgr 28895  df-usgr 28963  df-frgr 30068

This theorem is referenced by:  2pthfrgr  30093  3cyclfrgrrn1  30094