Theorem edgnbusgreu 27301

Description: For each edge incident to a vertex there is exactly one neighbor of the vertex also incident to this edge in a simple graph. (Contributed by AV, 28-Oct-2020.) (Revised by AV, 6-Jul-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
edgnbusgreu.e	⊢ 𝐸 = (Edg‘𝐺)
edgnbusgreu.n	⊢ 𝑁 = (𝐺 NeighbVtx 𝑀)

Assertion

Ref	Expression
edgnbusgreu	⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ∃!𝑛 ∈ 𝑁 𝐶 = {𝑀, 𝑛})

Distinct variable groups:   𝐶,𝑛   𝑛,𝐸   𝑛,𝐺   𝑛,𝑀   𝑛,𝑉

Allowed substitution hint:   𝑁(𝑛)

Proof of Theorem edgnbusgreu

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpll 767	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → 𝐺 ∈ USGraph)
2		edgnbusgreu.e	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐸 = (Edg‘𝐺)
3	2	eleq2i 2824	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ 𝐸 ↔ 𝐶 ∈ (Edg‘𝐺))
4	3	biimpi 219	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ 𝐸 → 𝐶 ∈ (Edg‘𝐺))
5	4	ad2antrl 728	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → 𝐶 ∈ (Edg‘𝐺))
6		simprr 773	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → 𝑀 ∈ 𝐶)
7		usgredg2vtxeu 27155	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝐶 ∈ (Edg‘𝐺) ∧ 𝑀 ∈ 𝐶) → ∃!𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺)𝐶 = {𝑀, 𝑛})
8	1, 5, 6, 7	syl3anc 1372	. . . 4 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ∃!𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺)𝐶 = {𝑀, 𝑛})
9		df-reu 3060	. . . . 5 ⊢ (∃!𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺)𝐶 = {𝑀, 𝑛} ↔ ∃!𝑛(𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}))
10		prcom 4620	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ {𝑀, 𝑛} = {𝑛, 𝑀}
11	10	eqeq2i 2751	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝐶 = {𝑀, 𝑛} ↔ 𝐶 = {𝑛, 𝑀})
12	11	biimpi 219	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝐶 = {𝑀, 𝑛} → 𝐶 = {𝑛, 𝑀})
13	12	eleq1d 2817	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝐶 = {𝑀, 𝑛} → (𝐶 ∈ 𝐸 ↔ {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸))
14	13	biimpcd 252	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐶 ∈ 𝐸 → (𝐶 = {𝑀, 𝑛} → {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸))
15	14	ad2antrl 728	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → (𝐶 = {𝑀, 𝑛} → {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸))
16	15	adantld 494	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ((𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}) → {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸))
17	16	imp 410	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) ∧ (𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})) → {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸)
18		simprr 773	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) ∧ (𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})) → 𝐶 = {𝑀, 𝑛})
19	17, 18	jca 515	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) ∧ (𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})) → ({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}))
20		simpl 486	. . . . . . . . . 10 ⊢ (({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}) → {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸)
21		eqid 2738	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (Vtx‘𝐺) = (Vtx‘𝐺)
22	2, 21	usgrpredgv 27131	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ USGraph ∧ {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸) → (𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝑀 ∈ (Vtx‘𝐺)))
23	22	simpld 498	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ USGraph ∧ {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸) → 𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺))
24	1, 20, 23	syl2an 599	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) ∧ ({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})) → 𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺))
25		simprr 773	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) ∧ ({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})) → 𝐶 = {𝑀, 𝑛})
26	24, 25	jca 515	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) ∧ ({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})) → (𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}))
27	19, 26	impbida 801	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ((𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}) ↔ ({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})))
28	27	eubidv 2587	. . . . . 6 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → (∃!𝑛(𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}) ↔ ∃!𝑛({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})))
29	28	biimpd 232	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → (∃!𝑛(𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}) → ∃!𝑛({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})))
30	9, 29	syl5bi 245	. . . 4 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → (∃!𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺)𝐶 = {𝑀, 𝑛} → ∃!𝑛({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})))
31	8, 30	mpd 15	. . 3 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ∃!𝑛({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}))
32		edgnbusgreu.n	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑁 = (𝐺 NeighbVtx 𝑀)
33	32	eleq2i 2824	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ 𝑁 ↔ 𝑛 ∈ (𝐺 NeighbVtx 𝑀))
34	2	nbusgreledg 27287	. . . . . . 7 ⊢ (𝐺 ∈ USGraph → (𝑛 ∈ (𝐺 NeighbVtx 𝑀) ↔ {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸))
35	33, 34	syl5bb 286	. . . . . 6 ⊢ (𝐺 ∈ USGraph → (𝑛 ∈ 𝑁 ↔ {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸))
36	35	anbi1d 633	. . . . 5 ⊢ (𝐺 ∈ USGraph → ((𝑛 ∈ 𝑁 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}) ↔ ({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})))
37	36	ad2antrr 726	. . . 4 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ((𝑛 ∈ 𝑁 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}) ↔ ({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})))
38	37	eubidv 2587	. . 3 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → (∃!𝑛(𝑛 ∈ 𝑁 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}) ↔ ∃!𝑛({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})))
39	31, 38	mpbird 260	. 2 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ∃!𝑛(𝑛 ∈ 𝑁 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}))
40		df-reu 3060	. 2 ⊢ (∃!𝑛 ∈ 𝑁 𝐶 = {𝑀, 𝑛} ↔ ∃!𝑛(𝑛 ∈ 𝑁 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}))
41	39, 40	sylibr 237	1 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ∃!𝑛 ∈ 𝑁 𝐶 = {𝑀, 𝑛})

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   = wceq 1542   ∈ wcel 2113  ∃!weu 2569  ∃!wreu 3055  {cpr 4515  ‘cfv 6333  (class class class)co 7164  Vtxcvtx 26933  Edgcedg 26984  USGraphcusgr 27086   NeighbVtx cnbgr 27266

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1802  ax-4 1816  ax-5 1916  ax-6 1974  ax-7 2019  ax-8 2115  ax-9 2123  ax-10 2144  ax-11 2161  ax-12 2178  ax-ext 2710  ax-sep 5164  ax-nul 5171  ax-pow 5229  ax-pr 5293  ax-un 7473  ax-cnex 10664  ax-resscn 10665  ax-1cn 10666  ax-icn 10667  ax-addcl 10668  ax-addrcl 10669  ax-mulcl 10670  ax-mulrcl 10671  ax-mulcom 10672  ax-addass 10673  ax-mulass 10674  ax-distr 10675  ax-i2m1 10676  ax-1ne0 10677  ax-1rid 10678  ax-rnegex 10679  ax-rrecex 10680  ax-cnre 10681  ax-pre-lttri 10682  ax-pre-lttrn 10683  ax-pre-ltadd 10684  ax-pre-mulgt0 10685

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1787  df-nf 1791  df-sb 2074  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2717  df-cleq 2730  df-clel 2811  df-nfc 2881  df-ne 2935  df-nel 3039  df-ral 3058  df-rex 3059  df-reu 3060  df-rmo 3061  df-rab 3062  df-v 3399  df-sbc 3680  df-csb 3789  df-dif 3844  df-un 3846  df-in 3848  df-ss 3858  df-pss 3860  df-nul 4210  df-if 4412  df-pw 4487  df-sn 4514  df-pr 4516  df-tp 4518  df-op 4520  df-uni 4794  df-int 4834  df-iun 4880  df-br 5028  df-opab 5090  df-mpt 5108  df-tr 5134  df-id 5425  df-eprel 5430  df-po 5438  df-so 5439  df-fr 5478  df-we 5480  df-xp 5525  df-rel 5526  df-cnv 5527  df-co 5528  df-dm 5529  df-rn 5530  df-res 5531  df-ima 5532  df-pred 6123  df-ord 6169  df-on 6170  df-lim 6171  df-suc 6172  df-iota 6291  df-fun 6335  df-fn 6336  df-f 6337  df-f1 6338  df-fo 6339  df-f1o 6340  df-fv 6341  df-riota 7121  df-ov 7167  df-oprab 7168  df-mpo 7169  df-om 7594  df-1st 7707  df-2nd 7708  df-wrecs 7969  df-recs 8030  df-rdg 8068  df-1o 8124  df-2o 8125  df-oadd 8128  df-er 8313  df-en 8549  df-dom 8550  df-sdom 8551  df-fin 8552  df-dju 9396  df-card 9434  df-pnf 10748  df-mnf 10749  df-xr 10750  df-ltxr 10751  df-le 10752  df-sub 10943  df-neg 10944  df-nn 11710  df-2 11772  df-n0 11970  df-xnn0 12042  df-z 12056  df-uz 12318  df-fz 12975  df-hash 13776  df-edg 26985  df-upgr 27019  df-umgr 27020  df-uspgr 27087  df-usgr 27088  df-nbgr 27267

This theorem is referenced by:  nbusgrf1o0  27303