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 35781
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 5967 . . . . . . . . . 10 (𝑤 = 𝑦 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑦))
4 isoeq1 7318 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝑤) = (𝐹𝑦) → ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤))))
53, 4syl 18 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤))))
6 isoeq4 7321 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑤))))
7 imaeq2 6052 . . . . . . . . . 10 (𝑤 = 𝑦 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑦))
8 isoeq5 7322 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝑤) = (𝐹𝑦) → ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦))))
97, 8syl 18 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦))))
105, 6, 93bitrd 308 . . . . . . . 8 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦))))
11 elequ2 2160 . . . . . . . 8 (𝑤 = 𝑦 → (𝑧𝑤𝑧𝑦))
1210, 11anbi12d 644 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑦 → (((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤) ↔ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦)))
1312cbvrabv 3422 . . . . . 6 {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)} = {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦)}
14 oveq2 7421 . . . . . . . 8 (𝑧 = 𝑥 → (1...𝑧) = (1...𝑥))
1514pweqd 4574 . . . . . . 7 (𝑧 = 𝑥 → 𝒫 (1...𝑧) = 𝒫 (1...𝑥))
16 elequ1 2152 . . . . . . . 8 (𝑧 = 𝑥 → (𝑧𝑦𝑥𝑦))
1716anbi2d 642 . . . . . . 7 (𝑧 = 𝑥 → (((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦) ↔ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)))
1815, 17rabeqbidv 3429 . . . . . 6 (𝑧 = 𝑥 → {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦)} = {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)})
1913, 18eqtrid 2807 . . . . 5 (𝑧 = 𝑥 → {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)} = {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)})
2019imaeq2d 6056 . . . 4 (𝑧 = 𝑥 → (♯ “ {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)}) = (♯ “ {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)}))
2120supeq1d 9416 . . 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 5209 . 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 7318 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝑤) = (𝐹𝑦) → ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤))))
243, 23syl 18 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤))))
25 isoeq4 7321 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑤))))
26 isoeq5 7322 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝑤) = (𝐹𝑦) → ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦))))
277, 26syl 18 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦))))
2824, 25, 273bitrd 308 . . . . . . . 8 (𝑤 = 𝑦 → ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ↔ (𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦))))
2928, 11anbi12d 644 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑦 → (((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤) ↔ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦)))
3029cbvrabv 3422 . . . . . 6 {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)} = {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦)}
3116anbi2d 642 . . . . . . 7 (𝑧 = 𝑥 → (((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦) ↔ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)))
3215, 31rabeqbidv 3429 . . . . . 6 (𝑧 = 𝑥 → {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑧𝑦)} = {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)})
3330, 32eqtrid 2807 . . . . 5 (𝑧 = 𝑥 → {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)} = {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)})
3433imaeq2d 6056 . . . 4 (𝑧 = 𝑥 → (♯ “ {𝑤 ∈ 𝒫 (1...𝑧) ∣ ((𝐹𝑤) Isom < , < (𝑤, (𝐹𝑤)) ∧ 𝑧𝑤)}) = (♯ “ {𝑦 ∈ 𝒫 (1...𝑥) ∣ ((𝐹𝑦) Isom < , < (𝑦, (𝐹𝑦)) ∧ 𝑥𝑦)}))
3534supeq1d 9416 . . 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 5209 . 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 2760 . 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 35780 1 (𝜑 → ∃𝑠 ∈ 𝒫 (1...𝑁)((𝑅 ≤ (♯‘𝑠) ∧ (𝐹𝑠) Isom < , < (𝑠, (𝐹𝑠))) ∨ (𝑆 ≤ (♯‘𝑠) ∧ (𝐹𝑠) Isom < , < (𝑠, (𝐹𝑠)))))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  wi 4  wb 209  wa 401  wo 861   = wceq 1570  wcel 2145  wrex 3086  {crab 3412  𝒫 cpw 4557  cop 4590   class class class wbr 5103  cmpt 5186  ccnv 5654  cres 5657  cima 5658  1-1wf1 6530  cfv 6533   Isom wiso 6534  (class class class)co 7413  supcsup 9410  cr 11123  1c1 11125   · cmul 11129   < clt 11267  cle 11268  cmin 11465  cn 12257  ...cfz 13561  chash 14394
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2732  ax-rep 5232  ax-sep 5251  ax-nul 5263  ax-pow 5330  ax-pr 5398  ax-un 7736  ax-cnex 11180  ax-resscn 11181  ax-1cn 11182  ax-icn 11183  ax-addcl 11184  ax-addrcl 11185  ax-mulcl 11186  ax-mulrcl 11187  ax-mulcom 11188  ax-addass 11189  ax-mulass 11190  ax-distr 11191  ax-i2m1 11192  ax-1ne0 11193  ax-1rid 11194  ax-rnegex 11195  ax-rrecex 11196  ax-cnre 11197  ax-pre-lttri 11198  ax-pre-lttrn 11199  ax-pre-ltadd 11200  ax-pre-mulgt0 11201  ax-pre-sup 11202
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6299  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6489  df-fun 6535  df-fn 6536  df-f 6537  df-f1 6538  df-fo 6539  df-f1o 6540  df-fv 6541  df-isom 6542  df-riota 7370  df-ov 7416  df-oprab 7417  df-mpo 7418  df-om 7863  df-1st 7986  df-2nd 7987  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-1o 8455  df-oadd 8459  df-er 8696  df-en 8953  df-dom 8954  df-sdom 8955  df-fin 8956  df-sup 9412  df-dju 9906  df-card 9944  df-pnf 11269  df-mnf 11270  df-xr 11271  df-ltxr 11272  df-le 11273  df-sub 11467  df-neg 11468  df-nn 12258  df-n0 12529  df-xnn0 12602  df-z 12616  df-uz 12888  df-fz 13562  df-hash 14395
This theorem is used by:  erdsze2lem2  35783
  Copyright terms: Public domain W3C validator