Theorem frgrregorufr 30357

Description: If there is a vertex having degree 𝐾 for each (nonnegative integer) 𝐾 in a friendship graph, then either all vertices have degree 𝐾 or there is a universal friend. This corresponds to claim 2 in [Huneke] p. 2: "Suppose there is a vertex of degree k > 1. ... all vertices have degree k, unless there is a universal friend. ... It follows that G is k-regular, i.e., the degree of every vertex is k". (Contributed by Alexander van der Vekens, 1-Jan-2018.)

Hypotheses

Ref	Expression
frgrregorufr0.v	⊢ 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
frgrregorufr0.e	⊢ 𝐸 = (Edg‘𝐺)
frgrregorufr0.d	⊢ 𝐷 = (VtxDeg‘𝐺)

Assertion

Ref	Expression
frgrregorufr	⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → (∃𝑎 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑎) = 𝐾 → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸)))

Distinct variable groups:   𝑣,𝐷,𝑤   𝑣,𝐸   𝑣,𝐺,𝑤   𝑣,𝐾,𝑤   𝑣,𝑉,𝑤   𝐷,𝑎,𝑣   𝐸,𝑎   𝐾,𝑎   𝑉,𝑎,𝑤

Allowed substitution hints:   𝐸(𝑤)   𝐺(𝑎)

Proof of Theorem frgrregorufr

Step	Hyp	Ref	Expression
1		frgrregorufr0.v	. . 3 ⊢ 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
2		frgrregorufr0.e	. . 3 ⊢ 𝐸 = (Edg‘𝐺)
3		frgrregorufr0.d	. . 3 ⊢ 𝐷 = (VtxDeg‘𝐺)
4	1, 2, 3	frgrregorufr0 30356	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) ≠ 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸))
5		orc 866	. . . 4 ⊢ (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸))
6	5	a1d 25	. . 3 ⊢ (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 → (∃𝑎 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑎) = 𝐾 → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸)))
7		fveq2 6920	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑣 = 𝑎 → (𝐷‘𝑣) = (𝐷‘𝑎))
8	7	neeq1d 3006	. . . . . . 7 ⊢ (𝑣 = 𝑎 → ((𝐷‘𝑣) ≠ 𝐾 ↔ (𝐷‘𝑎) ≠ 𝐾))
9	8	rspcva 3633	. . . . . 6 ⊢ ((𝑎 ∈ 𝑉 ∧ ∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) ≠ 𝐾) → (𝐷‘𝑎) ≠ 𝐾)
10		df-ne 2947	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷‘𝑎) ≠ 𝐾 ↔ ¬ (𝐷‘𝑎) = 𝐾)
11		pm2.21 123	. . . . . . 7 ⊢ (¬ (𝐷‘𝑎) = 𝐾 → ((𝐷‘𝑎) = 𝐾 → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸)))
12	10, 11	sylbi 217	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷‘𝑎) ≠ 𝐾 → ((𝐷‘𝑎) = 𝐾 → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸)))
13	9, 12	syl 17	. . . . 5 ⊢ ((𝑎 ∈ 𝑉 ∧ ∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) ≠ 𝐾) → ((𝐷‘𝑎) = 𝐾 → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸)))
14	13	ancoms 458	. . . 4 ⊢ ((∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) ≠ 𝐾 ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) → ((𝐷‘𝑎) = 𝐾 → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸)))
15	14	rexlimdva 3161	. . 3 ⊢ (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) ≠ 𝐾 → (∃𝑎 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑎) = 𝐾 → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸)))
16		olc 867	. . . 4 ⊢ (∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸 → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸))
17	16	a1d 25	. . 3 ⊢ (∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸 → (∃𝑎 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑎) = 𝐾 → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸)))
18	6, 15, 17	3jaoi 1428	. 2 ⊢ ((∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) ≠ 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸) → (∃𝑎 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑎) = 𝐾 → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸)))
19	4, 18	syl 17	1 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → (∃𝑎 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑎) = 𝐾 → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸)))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 395   ∨ wo 846   ∨ w3o 1086   = wceq 1537   ∈ wcel 2108   ≠ wne 2946  ∀wral 3067  ∃wrex 3076   ∖ cdif 3973  {csn 4648  {cpr 4650  ‘cfv 6573  Vtxcvtx 29031  Edgcedg 29082  VtxDegcvtxdg 29501   FriendGraph cfrgr 30290

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2711  ax-rep 5303  ax-sep 5317  ax-nul 5324  ax-pow 5383  ax-pr 5447  ax-un 7770  ax-cnex 11240  ax-resscn 11241  ax-1cn 11242  ax-icn 11243  ax-addcl 11244  ax-addrcl 11245  ax-mulcl 11246  ax-mulrcl 11247  ax-mulcom 11248  ax-addass 11249  ax-mulass 11250  ax-distr 11251  ax-i2m1 11252  ax-1ne0 11253  ax-1rid 11254  ax-rnegex 11255  ax-rrecex 11256  ax-cnre 11257  ax-pre-lttri 11258  ax-pre-lttrn 11259  ax-pre-ltadd 11260  ax-pre-mulgt0 11261

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2543  df-eu 2572  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2819  df-nfc 2895  df-ne 2947  df-nel 3053  df-ral 3068  df-rex 3077  df-rmo 3388  df-reu 3389  df-rab 3444  df-v 3490  df-sbc 3805  df-csb 3922  df-dif 3979  df-un 3981  df-in 3983  df-ss 3993  df-pss 3996  df-nul 4353  df-if 4549  df-pw 4624  df-sn 4649  df-pr 4651  df-op 4655  df-uni 4932  df-int 4971  df-iun 5017  df-br 5167  df-opab 5229  df-mpt 5250  df-tr 5284  df-id 5593  df-eprel 5599  df-po 5607  df-so 5608  df-fr 5652  df-we 5654  df-xp 5706  df-rel 5707  df-cnv 5708  df-co 5709  df-dm 5710  df-rn 5711  df-res 5712  df-ima 5713  df-pred 6332  df-ord 6398  df-on 6399  df-lim 6400  df-suc 6401  df-iota 6525  df-fun 6575  df-fn 6576  df-f 6577  df-f1 6578  df-fo 6579  df-f1o 6580  df-fv 6581  df-riota 7404  df-ov 7451  df-oprab 7452  df-mpo 7453  df-om 7904  df-1st 8030  df-2nd 8031  df-frecs 8322  df-wrecs 8353  df-recs 8427  df-rdg 8466  df-1o 8522  df-2o 8523  df-oadd 8526  df-er 8763  df-en 9004  df-dom 9005  df-sdom 9006  df-fin 9007  df-dju 9970  df-card 10008  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11522  df-neg 11523  df-nn 12294  df-2 12356  df-n0 12554  df-xnn0 12626  df-z 12640  df-uz 12904  df-xadd 13176  df-fz 13568  df-hash 14380  df-edg 29083  df-uhgr 29093  df-ushgr 29094  df-upgr 29117  df-umgr 29118  df-uspgr 29185  df-usgr 29186  df-nbgr 29368  df-vtxdg 29502  df-frgr 30291

This theorem is referenced by:  frgrregorufrg  30358