Users' Mathboxes Mathbox for Mario Carneiro < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  erdsze Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem erdsze 35162
Description: The Erdős-Szekeres theorem. For any injective sequence 𝐹 on the reals of length at least (𝑅 − 1) · (𝑆 − 1) + 1, there is either a subsequence of length at least 𝑅 on which 𝐹 is increasing (i.e. a < , < order isomorphism) or a subsequence of length at least 𝑆 on which 𝐹 is decreasing (i.e. a < , < order isomorphism, recalling that < is the "greater than" relation). This is part of Metamath 100 proof #73. (Contributed by Mario Carneiro, 22-Jan-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
erdsze.n (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
erdsze.f (𝜑𝐹:(1...𝑁)–1-1→ℝ)
erdsze.r (𝜑𝑅 ∈ ℕ)
erdsze.s (𝜑𝑆 ∈ ℕ)
erdsze.l (𝜑 → ((𝑅 − 1) · (𝑆 − 1)) < 𝑁)
Assertion
Ref Expression
erdsze (𝜑 → ∃𝑠 ∈ 𝒫 (1...𝑁)((𝑅 ≤ (♯‘𝑠) ∧ (𝐹𝑠) Isom < , < (𝑠, (𝐹𝑠))) ∨ (𝑆 ≤ (♯‘𝑠) ∧ (𝐹𝑠) Isom < , < (𝑠, (𝐹𝑠)))))
Distinct variable groups:   𝐹,𝑠   𝑅,𝑠   𝑁,𝑠   𝜑,𝑠   𝑆,𝑠

Proof of Theorem erdsze
Dummy variables 𝑤 𝑥 𝑦 𝑧 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 erdsze.n . 2 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
2 erdsze.f . 2 (𝜑𝐹:(1...𝑁)–1-1→ℝ)
3 reseq2 5934 . . . . . . . . . 10 (𝑤 = 𝑦 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑦))
4 isoeq1 7274 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝑤) = (𝐹𝑦) → ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤))))
53, 4syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤))))
6 isoeq4 7277 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑤))))
7 imaeq2 6016 . . . . . . . . . 10 (𝑤 = 𝑦 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑦))
8 isoeq5 7278 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝑤) = (𝐹𝑦) → ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦))))
97, 8syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦))))
105, 6, 93bitrd 305 . . . . . . . 8 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦))))
11 elequ2 2124 . . . . . . . 8 (𝑤 = 𝑦 → (𝑧𝑤𝑧𝑦))
1210, 11anbi12d 632 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑦 → (((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤) ↔ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦)))
1312cbvrabv 3413 . . . . . 6 {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)} = {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦)}
14 oveq2 7377 . . . . . . . 8 (𝑧 = 𝑥 → (1...𝑧) = (1...𝑥))
1514pweqd 4576 . . . . . . 7 (𝑧 = 𝑥 → 𝒫 (1...𝑧) = 𝒫 (1...𝑥))
16 elequ1 2116 . . . . . . . 8 (𝑧 = 𝑥 → (𝑧𝑦𝑥𝑦))
1716anbi2d 630 . . . . . . 7 (𝑧 = 𝑥 → (((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦) ↔ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)))
1815, 17rabeqbidv 3421 . . . . . 6 (𝑧 = 𝑥 → {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦)} = {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)})
1913, 18eqtrid 2776 . . . . 5 (𝑧 = 𝑥 → {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)} = {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)})
2019imaeq2d 6020 . . . 4 (𝑧 = 𝑥 → (♯ “ {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)}) = (♯ “ {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)}))
2120supeq1d 9373 . . 3 (𝑧 = 𝑥 → sup((♯ “ {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)}), ℝ, < ) = sup((♯ “ {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)}), ℝ, < ))
2221cbvmptv 5206 . 2 (𝑧 ∈ (1...𝑁) ↦ sup((♯ “ {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)}), ℝ, < )) = (𝑥 ∈ (1...𝑁) ↦ sup((♯ “ {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)}), ℝ, < ))
23 isoeq1 7274 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝑤) = (𝐹𝑦) → ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤))))
243, 23syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤))))
25 isoeq4 7277 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑤))))
26 isoeq5 7278 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝑤) = (𝐹𝑦) → ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦))))
277, 26syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦))))
2824, 25, 273bitrd 305 . . . . . . . 8 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦))))
2928, 11anbi12d 632 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑦 → (((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤) ↔ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦)))
3029cbvrabv 3413 . . . . . 6 {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)} = {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦)}
3116anbi2d 630 . . . . . . 7 (𝑧 = 𝑥 → (((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦) ↔ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)))
3215, 31rabeqbidv 3421 . . . . . 6 (𝑧 = 𝑥 → {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦)} = {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)})
3330, 32eqtrid 2776 . . . . 5 (𝑧 = 𝑥 → {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)} = {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)})
3433imaeq2d 6020 . . . 4 (𝑧 = 𝑥 → (♯ “ {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)}) = (♯ “ {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)}))
3534supeq1d 9373 . . 3 (𝑧 = 𝑥 → sup((♯ “ {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)}), ℝ, < ) = sup((♯ “ {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)}), ℝ, < ))
3635cbvmptv 5206 . 2 (𝑧 ∈ (1...𝑁) ↦ sup((♯ “ {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)}), ℝ, < )) = (𝑥 ∈ (1...𝑁) ↦ sup((♯ “ {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)}), ℝ, < ))
37 eqid 2729 . 2 (𝑛 ∈ (1...𝑁) ↦ ⟨((𝑧 ∈ (1...𝑁) ↦ sup((♯ “ {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)}), ℝ, < ))‘𝑛), ((𝑧 ∈ (1...𝑁) ↦ sup((♯ “ {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)}), ℝ, < ))‘𝑛)⟩) = (𝑛 ∈ (1...𝑁) ↦ ⟨((𝑧 ∈ (1...𝑁) ↦ sup((♯ “ {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)}), ℝ, < ))‘𝑛), ((𝑧 ∈ (1...𝑁) ↦ sup((♯ “ {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)}), ℝ, < ))‘𝑛)⟩)
38 erdsze.r . 2 (𝜑𝑅 ∈ ℕ)
39 erdsze.s . 2 (𝜑𝑆 ∈ ℕ)
40 erdsze.l . 2 (𝜑 → ((𝑅 − 1) · (𝑆 − 1)) < 𝑁)
411, 2, 22, 36, 37, 38, 39, 40erdszelem11 35161 1 (𝜑 → ∃𝑠 ∈ 𝒫 (1...𝑁)((𝑅 ≤ (♯‘𝑠) ∧ (𝐹𝑠) Isom < , < (𝑠, (𝐹𝑠))) ∨ (𝑆 ≤ (♯‘𝑠) ∧ (𝐹𝑠) Isom < , < (𝑠, (𝐹𝑠)))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  wo 847   = wceq 1540  wcel 2109  wrex 3053  {crab 3402  𝒫 cpw 4559  cop 4591   class class class wbr 5102  cmpt 5183  ccnv 5630  cres 5633  cima 5634  1-1wf1 6496  cfv 6499   Isom wiso 6500  (class class class)co 7369  supcsup 9367  cr 11043  1c1 11045   · cmul 11049   < clt 11184  cle 11185  cmin 11381  cn 12162  ...cfz 13444  chash 14271
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-rep 5229  ax-sep 5246  ax-nul 5256  ax-pow 5315  ax-pr 5382  ax-un 7691  ax-cnex 11100  ax-resscn 11101  ax-1cn 11102  ax-icn 11103  ax-addcl 11104  ax-addrcl 11105  ax-mulcl 11106  ax-mulrcl 11107  ax-mulcom 11108  ax-addass 11109  ax-mulass 11110  ax-distr 11111  ax-i2m1 11112  ax-1ne0 11113  ax-1rid 11114  ax-rnegex 11115  ax-rrecex 11116  ax-cnre 11117  ax-pre-lttri 11118  ax-pre-lttrn 11119  ax-pre-ltadd 11120  ax-pre-mulgt0 11121  ax-pre-sup 11122
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rmo 3351  df-reu 3352  df-rab 3403  df-v 3446  df-sbc 3751  df-csb 3860  df-dif 3914  df-un 3916  df-in 3918  df-ss 3928  df-pss 3931  df-nul 4293  df-if 4485  df-pw 4561  df-sn 4586  df-pr 4588  df-op 4592  df-uni 4868  df-int 4907  df-iun 4953  df-br 5103  df-opab 5165  df-mpt 5184  df-tr 5210  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 6262  df-ord 6323  df-on 6324  df-lim 6325  df-suc 6326  df-iota 6452  df-fun 6501  df-fn 6502  df-f 6503  df-f1 6504  df-fo 6505  df-f1o 6506  df-fv 6507  df-isom 6508  df-riota 7326  df-ov 7372  df-oprab 7373  df-mpo 7374  df-om 7823  df-1st 7947  df-2nd 7948  df-frecs 8237  df-wrecs 8268  df-recs 8317  df-rdg 8355  df-1o 8411  df-oadd 8415  df-er 8648  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-fin 8899  df-sup 9369  df-dju 9830  df-card 9868  df-pnf 11186  df-mnf 11187  df-xr 11188  df-ltxr 11189  df-le 11190  df-sub 11383  df-neg 11384  df-nn 12163  df-n0 12419  df-xnn0 12492  df-z 12506  df-uz 12770  df-fz 13445  df-hash 14272
This theorem is referenced by:  erdsze2lem2  35164
  Copyright terms: Public domain W3C validator