MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  friendship Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem friendship 27831
Description: The friendship theorem: In every finite (nonempty) friendship graph there is a vertex which is adjacent to all other vertices. This is Metamath 100 proof #83. (Contributed by Alexander van der Vekens, 9-Oct-2018.)
Hypothesis
Ref Expression
friendship.v 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
Assertion
Ref Expression
friendship ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺))
Distinct variable groups:   𝑣,𝐺,𝑤   𝑣,𝑉,𝑤

Proof of Theorem friendship
Dummy variables 𝑎 𝑏 𝑐 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpr1 1205 . . . 4 ((3 < (♯‘𝑉) ∧ (𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin)) → 𝐺 ∈ FriendGraph )
2 simpr3 1209 . . . 4 ((3 < (♯‘𝑉) ∧ (𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin)) → 𝑉 ∈ Fin)
3 simpl 476 . . . 4 ((3 < (♯‘𝑉) ∧ (𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin)) → 3 < (♯‘𝑉))
4 friendship.v . . . . 5 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
54friendshipgt3 27830 . . . 4 ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ∈ Fin ∧ 3 < (♯‘𝑉)) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺))
61, 2, 3, 5syl3anc 1439 . . 3 ((3 < (♯‘𝑉) ∧ (𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin)) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺))
76ex 403 . 2 (3 < (♯‘𝑉) → ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
8 hashcl 13462 . . . . . . . . 9 (𝑉 ∈ Fin → (♯‘𝑉) ∈ ℕ0)
9 simplr 759 . . . . . . . . . . 11 ((((♯‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) ∧ (¬ 3 < (♯‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅)) → 𝑉 ∈ Fin)
10 hashge1 13493 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑉 ≠ ∅) → 1 ≤ (♯‘𝑉))
1110ad2ant2l 736 . . . . . . . . . . 11 ((((♯‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) ∧ (¬ 3 < (♯‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅)) → 1 ≤ (♯‘𝑉))
12 nn0re 11652 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((♯‘𝑉) ∈ ℕ0 → (♯‘𝑉) ∈ ℝ)
13 3re 11455 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3 ∈ ℝ
14 lenlt 10455 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((♯‘𝑉) ∈ ℝ ∧ 3 ∈ ℝ) → ((♯‘𝑉) ≤ 3 ↔ ¬ 3 < (♯‘𝑉)))
1512, 13, 14sylancl 580 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((♯‘𝑉) ∈ ℕ0 → ((♯‘𝑉) ≤ 3 ↔ ¬ 3 < (♯‘𝑉)))
1615biimprd 240 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((♯‘𝑉) ∈ ℕ0 → (¬ 3 < (♯‘𝑉) → (♯‘𝑉) ≤ 3))
1716adantr 474 . . . . . . . . . . . . . 14 (((♯‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) → (¬ 3 < (♯‘𝑉) → (♯‘𝑉) ≤ 3))
1817com12 32 . . . . . . . . . . . . 13 (¬ 3 < (♯‘𝑉) → (((♯‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) → (♯‘𝑉) ≤ 3))
1918adantr 474 . . . . . . . . . . . 12 ((¬ 3 < (♯‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅) → (((♯‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) → (♯‘𝑉) ≤ 3))
2019impcom 398 . . . . . . . . . . 11 ((((♯‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) ∧ (¬ 3 < (♯‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅)) → (♯‘𝑉) ≤ 3)
219, 11, 203jca 1119 . . . . . . . . . 10 ((((♯‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) ∧ (¬ 3 < (♯‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅)) → (𝑉 ∈ Fin ∧ 1 ≤ (♯‘𝑉) ∧ (♯‘𝑉) ≤ 3))
2221exp31 412 . . . . . . . . 9 ((♯‘𝑉) ∈ ℕ0 → (𝑉 ∈ Fin → ((¬ 3 < (♯‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅) → (𝑉 ∈ Fin ∧ 1 ≤ (♯‘𝑉) ∧ (♯‘𝑉) ≤ 3))))
238, 22mpcom 38 . . . . . . . 8 (𝑉 ∈ Fin → ((¬ 3 < (♯‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅) → (𝑉 ∈ Fin ∧ 1 ≤ (♯‘𝑉) ∧ (♯‘𝑉) ≤ 3)))
2423impcom 398 . . . . . . 7 (((¬ 3 < (♯‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅) ∧ 𝑉 ∈ Fin) → (𝑉 ∈ Fin ∧ 1 ≤ (♯‘𝑉) ∧ (♯‘𝑉) ≤ 3))
25 hash1to3 13587 . . . . . . 7 ((𝑉 ∈ Fin ∧ 1 ≤ (♯‘𝑉) ∧ (♯‘𝑉) ≤ 3) → ∃𝑎𝑏𝑐(𝑉 = {𝑎} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏, 𝑐}))
26 vex 3401 . . . . . . . . . 10 𝑎 ∈ V
27 eqid 2778 . . . . . . . . . . 11 (Edg‘𝐺) = (Edg‘𝐺)
284, 271to3vfriendship 27689 . . . . . . . . . 10 ((𝑎 ∈ V ∧ (𝑉 = {𝑎} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏, 𝑐})) → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
2926, 28mpan 680 . . . . . . . . 9 ((𝑉 = {𝑎} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏, 𝑐}) → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
3029exlimiv 1973 . . . . . . . 8 (∃𝑐(𝑉 = {𝑎} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏, 𝑐}) → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
3130exlimivv 1975 . . . . . . 7 (∃𝑎𝑏𝑐(𝑉 = {𝑎} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏, 𝑐}) → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
3224, 25, 313syl 18 . . . . . 6 (((¬ 3 < (♯‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅) ∧ 𝑉 ∈ Fin) → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
3332exp31 412 . . . . 5 (¬ 3 < (♯‘𝑉) → (𝑉 ≠ ∅ → (𝑉 ∈ Fin → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))))
3433com14 96 . . . 4 (𝐺 ∈ FriendGraph → (𝑉 ≠ ∅ → (𝑉 ∈ Fin → (¬ 3 < (♯‘𝑉) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))))
35343imp 1098 . . 3 ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin) → (¬ 3 < (♯‘𝑉) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
3635com12 32 . 2 (¬ 3 < (♯‘𝑉) → ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
377, 36pm2.61i 177 1 ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 198  wa 386  w3o 1070  w3a 1071   = wceq 1601  wex 1823  wcel 2107  wne 2969  wral 3090  wrex 3091  Vcvv 3398  cdif 3789  c0 4141  {csn 4398  {cpr 4400  {ctp 4402   class class class wbr 4886  cfv 6135  Fincfn 8241  cr 10271  1c1 10273   < clt 10411  cle 10412  3c3 11431  0cn0 11642  chash 13435  Vtxcvtx 26344  Edgcedg 26395   FriendGraph cfrgr 27664
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1839  ax-4 1853  ax-5 1953  ax-6 2021  ax-7 2055  ax-8 2109  ax-9 2116  ax-10 2135  ax-11 2150  ax-12 2163  ax-13 2334  ax-ext 2754  ax-rep 5006  ax-sep 5017  ax-nul 5025  ax-pow 5077  ax-pr 5138  ax-un 7226  ax-inf2 8835  ax-ac2 9620  ax-cnex 10328  ax-resscn 10329  ax-1cn 10330  ax-icn 10331  ax-addcl 10332  ax-addrcl 10333  ax-mulcl 10334  ax-mulrcl 10335  ax-mulcom 10336  ax-addass 10337  ax-mulass 10338  ax-distr 10339  ax-i2m1 10340  ax-1ne0 10341  ax-1rid 10342  ax-rnegex 10343  ax-rrecex 10344  ax-cnre 10345  ax-pre-lttri 10346  ax-pre-lttrn 10347  ax-pre-ltadd 10348  ax-pre-mulgt0 10349  ax-pre-sup 10350
This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 837  df-ifp 1047  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1605  df-fal 1615  df-ex 1824  df-nf 1828  df-sb 2012  df-mo 2551  df-eu 2587  df-clab 2764  df-cleq 2770  df-clel 2774  df-nfc 2921  df-ne 2970  df-nel 3076  df-ral 3095  df-rex 3096  df-reu 3097  df-rmo 3098  df-rab 3099  df-v 3400  df-sbc 3653  df-csb 3752  df-dif 3795  df-un 3797  df-in 3799  df-ss 3806  df-pss 3808  df-nul 4142  df-if 4308  df-pw 4381  df-sn 4399  df-pr 4401  df-tp 4403  df-op 4405  df-uni 4672  df-int 4711  df-iun 4755  df-disj 4855  df-br 4887  df-opab 4949  df-mpt 4966  df-tr 4988  df-id 5261  df-eprel 5266  df-po 5274  df-so 5275  df-fr 5314  df-se 5315  df-we 5316  df-xp 5361  df-rel 5362  df-cnv 5363  df-co 5364  df-dm 5365  df-rn 5366  df-res 5367  df-ima 5368  df-pred 5933  df-ord 5979  df-on 5980  df-lim 5981  df-suc 5982  df-iota 6099  df-fun 6137  df-fn 6138  df-f 6139  df-f1 6140  df-fo 6141  df-f1o 6142  df-fv 6143  df-isom 6144  df-riota 6883  df-ov 6925  df-oprab 6926  df-mpt2 6927  df-om 7344  df-1st 7445  df-2nd 7446  df-wrecs 7689  df-recs 7751  df-rdg 7789  df-1o 7843  df-2o 7844  df-3o 7845  df-oadd 7847  df-er 8026  df-ec 8028  df-qs 8032  df-map 8142  df-pm 8143  df-en 8242  df-dom 8243  df-sdom 8244  df-fin 8245  df-sup 8636  df-inf 8637  df-oi 8704  df-card 9098  df-ac 9272  df-cda 9325  df-pnf 10413  df-mnf 10414  df-xr 10415  df-ltxr 10416  df-le 10417  df-sub 10608  df-neg 10609  df-div 11033  df-nn 11375  df-2 11438  df-3 11439  df-n0 11643  df-xnn0 11715  df-z 11729  df-uz 11993  df-rp 12138  df-xadd 12258  df-ico 12493  df-fz 12644  df-fzo 12785  df-fl 12912  df-mod 12988  df-seq 13120  df-exp 13179  df-hash 13436  df-word 13600  df-lsw 13653  df-concat 13661  df-s1 13686  df-substr 13731  df-pfx 13780  df-reps 13915  df-csh 13936  df-s2 13999  df-s3 14000  df-cj 14246  df-re 14247  df-im 14248  df-sqrt 14382  df-abs 14383  df-clim 14627  df-sum 14825  df-dvds 15388  df-gcd 15623  df-prm 15791  df-phi 15875  df-vtx 26346  df-iedg 26347  df-edg 26396  df-uhgr 26406  df-ushgr 26407  df-upgr 26430  df-umgr 26431  df-uspgr 26499  df-usgr 26500  df-fusgr 26664  df-nbgr 26680  df-vtxdg 26814  df-rgr 26905  df-rusgr 26906  df-wlks 26947  df-wlkson 26948  df-trls 27043  df-trlson 27044  df-pths 27068  df-spths 27069  df-pthson 27070  df-spthson 27071  df-wwlks 27179  df-wwlksn 27180  df-wwlksnon 27181  df-wspthsn 27182  df-wspthsnon 27183  df-clwwlk 27362  df-clwwlkn 27414  df-clwwlknon 27490  df-conngr 27590  df-frgr 27665
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator