Theorem edgnbusgreu 27734

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 764	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → 𝐺 ∈ USGraph)
2		edgnbusgreu.e	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐸 = (Edg‘𝐺)
3	2	eleq2i 2830	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ 𝐸 ↔ 𝐶 ∈ (Edg‘𝐺))
4	3	biimpi 215	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ 𝐸 → 𝐶 ∈ (Edg‘𝐺))
5	4	ad2antrl 725	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → 𝐶 ∈ (Edg‘𝐺))
6		simprr 770	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → 𝑀 ∈ 𝐶)
7		usgredg2vtxeu 27588	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝐶 ∈ (Edg‘𝐺) ∧ 𝑀 ∈ 𝐶) → ∃!𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺)𝐶 = {𝑀, 𝑛})
8	1, 5, 6, 7	syl3anc 1370	. . . 4 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ∃!𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺)𝐶 = {𝑀, 𝑛})
9		df-reu 3072	. . . . 5 ⊢ (∃!𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺)𝐶 = {𝑀, 𝑛} ↔ ∃!𝑛(𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}))
10		prcom 4668	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ {𝑀, 𝑛} = {𝑛, 𝑀}
11	10	eqeq2i 2751	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝐶 = {𝑀, 𝑛} ↔ 𝐶 = {𝑛, 𝑀})
12	11	biimpi 215	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝐶 = {𝑀, 𝑛} → 𝐶 = {𝑛, 𝑀})
13	12	eleq1d 2823	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝐶 = {𝑀, 𝑛} → (𝐶 ∈ 𝐸 ↔ {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸))
14	13	biimpcd 248	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐶 ∈ 𝐸 → (𝐶 = {𝑀, 𝑛} → {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸))
15	14	ad2antrl 725	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → (𝐶 = {𝑀, 𝑛} → {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸))
16	15	adantld 491	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ((𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}) → {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸))
17	16	imp 407	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) ∧ (𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})) → {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸)
18		simprr 770	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) ∧ (𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})) → 𝐶 = {𝑀, 𝑛})
19	17, 18	jca 512	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) ∧ (𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})) → ({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}))
20		simpl 483	. . . . . . . . . 10 ⊢ (({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}) → {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸)
21		eqid 2738	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (Vtx‘𝐺) = (Vtx‘𝐺)
22	2, 21	usgrpredgv 27564	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ USGraph ∧ {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸) → (𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝑀 ∈ (Vtx‘𝐺)))
23	22	simpld 495	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ USGraph ∧ {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸) → 𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺))
24	1, 20, 23	syl2an 596	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) ∧ ({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})) → 𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺))
25		simprr 770	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) ∧ ({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})) → 𝐶 = {𝑀, 𝑛})
26	24, 25	jca 512	. . . . . . . 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 798	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ((𝑛 ∈ (Vtx‘𝐺) ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}) ↔ ({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})))
28	27	eubidv 2586	. . . . . 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 228	. . . . 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 241	. . . 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 2830	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ 𝑁 ↔ 𝑛 ∈ (𝐺 NeighbVtx 𝑀))
34	2	nbusgreledg 27720	. . . . . . 7 ⊢ (𝐺 ∈ USGraph → (𝑛 ∈ (𝐺 NeighbVtx 𝑀) ↔ {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸))
35	33, 34	bitrid 282	. . . . . 6 ⊢ (𝐺 ∈ USGraph → (𝑛 ∈ 𝑁 ↔ {𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸))
36	35	anbi1d 630	. . . . 5 ⊢ (𝐺 ∈ USGraph → ((𝑛 ∈ 𝑁 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}) ↔ ({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})))
37	36	ad2antrr 723	. . . 4 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ((𝑛 ∈ 𝑁 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}) ↔ ({𝑛, 𝑀} ∈ 𝐸 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛})))
38	37	eubidv 2586	. . 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 256	. 2 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ∃!𝑛(𝑛 ∈ 𝑁 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}))
40		df-reu 3072	. 2 ⊢ (∃!𝑛 ∈ 𝑁 𝐶 = {𝑀, 𝑛} ↔ ∃!𝑛(𝑛 ∈ 𝑁 ∧ 𝐶 = {𝑀, 𝑛}))
41	39, 40	sylibr 233	1 ⊢ (((𝐺 ∈ USGraph ∧ 𝑀 ∈ 𝑉) ∧ (𝐶 ∈ 𝐸 ∧ 𝑀 ∈ 𝐶)) → ∃!𝑛 ∈ 𝑁 𝐶 = {𝑀, 𝑛})

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 396   = wceq 1539   ∈ wcel 2106  ∃!weu 2568  ∃!wreu 3066  {cpr 4563  ‘cfv 6433  (class class class)co 7275  Vtxcvtx 27366  Edgcedg 27417  USGraphcusgr 27519   NeighbVtx cnbgr 27699

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2709  ax-sep 5223  ax-nul 5230  ax-pow 5288  ax-pr 5352  ax-un 7588  ax-cnex 10927  ax-resscn 10928  ax-1cn 10929  ax-icn 10930  ax-addcl 10931  ax-addrcl 10932  ax-mulcl 10933  ax-mulrcl 10934  ax-mulcom 10935  ax-addass 10936  ax-mulass 10937  ax-distr 10938  ax-i2m1 10939  ax-1ne0 10940  ax-1rid 10941  ax-rnegex 10942  ax-rrecex 10943  ax-cnre 10944  ax-pre-lttri 10945  ax-pre-lttrn 10946  ax-pre-ltadd 10947  ax-pre-mulgt0 10948

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-rmo 3071  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3434  df-sbc 3717  df-csb 3833  df-dif 3890  df-un 3892  df-in 3894  df-ss 3904  df-pss 3906  df-nul 4257  df-if 4460  df-pw 4535  df-sn 4562  df-pr 4564  df-op 4568  df-uni 4840  df-int 4880  df-iun 4926  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5158  df-tr 5192  df-id 5489  df-eprel 5495  df-po 5503  df-so 5504  df-fr 5544  df-we 5546  df-xp 5595  df-rel 5596  df-cnv 5597  df-co 5598  df-dm 5599  df-rn 5600  df-res 5601  df-ima 5602  df-pred 6202  df-ord 6269  df-on 6270  df-lim 6271  df-suc 6272  df-iota 6391  df-fun 6435  df-fn 6436  df-f 6437  df-f1 6438  df-fo 6439  df-f1o 6440  df-fv 6441  df-riota 7232  df-ov 7278  df-oprab 7279  df-mpo 7280  df-om 7713  df-1st 7831  df-2nd 7832  df-frecs 8097  df-wrecs 8128  df-recs 8202  df-rdg 8241  df-1o 8297  df-2o 8298  df-oadd 8301  df-er 8498  df-en 8734  df-dom 8735  df-sdom 8736  df-fin 8737  df-dju 9659  df-card 9697  df-pnf 11011  df-mnf 11012  df-xr 11013  df-ltxr 11014  df-le 11015  df-sub 11207  df-neg 11208  df-nn 11974  df-2 12036  df-n0 12234  df-xnn0 12306  df-z 12320  df-uz 12583  df-fz 13240  df-hash 14045  df-edg 27418  df-upgr 27452  df-umgr 27453  df-uspgr 27520  df-usgr 27521  df-nbgr 27700

This theorem is referenced by:  nbusgrf1o0  27736