Theorem frgrregorufr 30311

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 30310	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ FriendGraph → (∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) = 𝐾 ∨ ∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) ≠ 𝐾 ∨ ∃𝑣 ∈ 𝑉 ∀𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ 𝐸))
5		orc 867	. . . 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 6881	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑣 = 𝑎 → (𝐷‘𝑣) = (𝐷‘𝑎))
8	7	neeq1d 2992	. . . . . . 7 ⊢ (𝑣 = 𝑎 → ((𝐷‘𝑣) ≠ 𝐾 ↔ (𝐷‘𝑎) ≠ 𝐾))
9	8	rspcva 3604	. . . . . 6 ⊢ ((𝑎 ∈ 𝑉 ∧ ∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐷‘𝑣) ≠ 𝐾) → (𝐷‘𝑎) ≠ 𝐾)
10		df-ne 2934	. . . . . . 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 3142	. . 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 868	. . . 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 1430	. 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 847   ∨ w3o 1085   = wceq 1540   ∈ wcel 2109   ≠ wne 2933  ∀wral 3052  ∃wrex 3061   ∖ cdif 3928  {csn 4606  {cpr 4608  ‘cfv 6536  Vtxcvtx 28980  Edgcedg 29031  VtxDegcvtxdg 29450   FriendGraph cfrgr 30244

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 2708  ax-rep 5254  ax-sep 5271  ax-nul 5281  ax-pow 5340  ax-pr 5407  ax-un 7734  ax-cnex 11190  ax-resscn 11191  ax-1cn 11192  ax-icn 11193  ax-addcl 11194  ax-addrcl 11195  ax-mulcl 11196  ax-mulrcl 11197  ax-mulcom 11198  ax-addass 11199  ax-mulass 11200  ax-distr 11201  ax-i2m1 11202  ax-1ne0 11203  ax-1rid 11204  ax-rnegex 11205  ax-rrecex 11206  ax-cnre 11207  ax-pre-lttri 11208  ax-pre-lttrn 11209  ax-pre-ltadd 11210  ax-pre-mulgt0 11211

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 2540  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2810  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3062  df-rmo 3364  df-reu 3365  df-rab 3421  df-v 3466  df-sbc 3771  df-csb 3880  df-dif 3934  df-un 3936  df-in 3938  df-ss 3948  df-pss 3951  df-nul 4314  df-if 4506  df-pw 4582  df-sn 4607  df-pr 4609  df-op 4613  df-uni 4889  df-int 4928  df-iun 4974  df-br 5125  df-opab 5187  df-mpt 5207  df-tr 5235  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-we 5613  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  df-pred 6295  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6489  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-om 7867  df-1st 7993  df-2nd 7994  df-frecs 8285  df-wrecs 8316  df-recs 8390  df-rdg 8429  df-1o 8485  df-2o 8486  df-oadd 8489  df-er 8724  df-en 8965  df-dom 8966  df-sdom 8967  df-fin 8968  df-dju 9920  df-card 9958  df-pnf 11276  df-mnf 11277  df-xr 11278  df-ltxr 11279  df-le 11280  df-sub 11473  df-neg 11474  df-nn 12246  df-2 12308  df-n0 12507  df-xnn0 12580  df-z 12594  df-uz 12858  df-xadd 13134  df-fz 13530  df-hash 14354  df-edg 29032  df-uhgr 29042  df-ushgr 29043  df-upgr 29066  df-umgr 29067  df-uspgr 29134  df-usgr 29135  df-nbgr 29317  df-vtxdg 29451  df-frgr 30245

This theorem is referenced by:  frgrregorufrg  30312