Theorem frgrregorufr 30395

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 30394	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) ≠ 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸))
5		orc 868	. . . 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 6840	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑣 = 𝑎 → (𝐷‘𝑣) = (𝐷‘𝑎))
8	7	neeq1d 2991	. . . . . . 7 ⊢ (𝑣 = 𝑎 → ((𝐷‘𝑣) ≠ 𝐾 ↔ (𝐷‘𝑎) ≠ 𝐾))
9	8	rspcva 3562	. . . . . 6 ⊢ ((𝑎 ∈ 𝑉 ∧ ∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) ≠ 𝐾) → (𝐷‘𝑎) ≠ 𝐾)
10		df-ne 2933	. . . . . . 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 3138	. . 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 869	. . . 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 1431	. 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 848   ∨ w3o 1086   = wceq 1542   ∈ wcel 2114   ≠ wne 2932  ∀wral 3051  ∃wrex 3061   ∖ cdif 3886  {csn 4567  {cpr 4569  ‘cfv 6498  Vtxcvtx 29065  Edgcedg 29116  VtxDegcvtxdg 29534   FriendGraph cfrgr 30328

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2708  ax-rep 5212  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5307  ax-pr 5375  ax-un 7689  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3062  df-rmo 3342  df-reu 3343  df-rab 3390  df-v 3431  df-sbc 3729  df-csb 3838  df-dif 3892  df-un 3894  df-in 3896  df-ss 3906  df-pss 3909  df-nul 4274  df-if 4467  df-pw 4543  df-sn 4568  df-pr 4570  df-op 4574  df-uni 4851  df-int 4890  df-iun 4935  df-br 5086  df-opab 5148  df-mpt 5167  df-tr 5193  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 6265  df-ord 6326  df-on 6327  df-lim 6328  df-suc 6329  df-iota 6454  df-fun 6500  df-fn 6501  df-f 6502  df-f1 6503  df-fo 6504  df-f1o 6505  df-fv 6506  df-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-om 7818  df-1st 7942  df-2nd 7943  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-1o 8405  df-2o 8406  df-oadd 8409  df-er 8643  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-fin 8897  df-dju 9825  df-card 9863  df-pnf 11181  df-mnf 11182  df-xr 11183  df-ltxr 11184  df-le 11185  df-sub 11379  df-neg 11380  df-nn 12175  df-2 12244  df-n0 12438  df-xnn0 12511  df-z 12525  df-uz 12789  df-xadd 13064  df-fz 13462  df-hash 14293  df-edg 29117  df-uhgr 29127  df-ushgr 29128  df-upgr 29151  df-umgr 29152  df-uspgr 29219  df-usgr 29220  df-nbgr 29402  df-vtxdg 29535  df-frgr 30329

This theorem is referenced by:  frgrregorufrg  30396