Theorem fusgreg2wsp 30120

Description: In a finite simple graph, the set of all paths of length 2 is the union of all the paths of length 2 over the vertices which are in the middle of such a path. (Contributed by Alexander van der Vekens, 10-Mar-2018.) (Revised by AV, 18-May-2021.) (Proof shortened by AV, 10-Jan-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
frgrhash2wsp.v	⊢ 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
fusgreg2wsp.m	⊢ 𝑀 = (𝑎 ∈ 𝑉 ↦ {𝑤 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) ∣ (𝑤‘1) = 𝑎})

Assertion

Ref	Expression
fusgreg2wsp	⊢ (𝐺 ∈ FinUSGraph → (2 WSPathsN 𝐺) = ∪ 𝑥 ∈ 𝑉 (𝑀‘𝑥))

Distinct variable groups:   𝐺,𝑎   𝑉,𝑎   𝑤,𝐺,𝑎,𝑥   𝑥,𝑉,𝑎   𝑥,𝑤

Allowed substitution hints:   𝑀(𝑥,𝑤,𝑎)   𝑉(𝑤)

Proof of Theorem fusgreg2wsp

Dummy variable 𝑝 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		wspthsswwlkn 29703	. . . . . . . 8 ⊢ (2 WSPathsN 𝐺) ⊆ (2 WWalksN 𝐺)
2	1	sseli 3974	. . . . . . 7 ⊢ (𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) → 𝑝 ∈ (2 WWalksN 𝐺))
3		frgrhash2wsp.v	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
4	3	midwwlks2s3 29737	. . . . . . 7 ⊢ (𝑝 ∈ (2 WWalksN 𝐺) → ∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝑝‘1) = 𝑥)
5	2, 4	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) → ∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝑝‘1) = 𝑥)
6	5	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝐺 ∈ FinUSGraph → (𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) → ∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝑝‘1) = 𝑥))
7	6	pm4.71rd 562	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ FinUSGraph → (𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) ↔ (∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝑝‘1) = 𝑥 ∧ 𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺))))
8		ancom 460	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) ∧ (𝑝‘1) = 𝑥) ↔ ((𝑝‘1) = 𝑥 ∧ 𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺)))
9	8	rexbii 3089	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) ∧ (𝑝‘1) = 𝑥) ↔ ∃𝑥 ∈ 𝑉 ((𝑝‘1) = 𝑥 ∧ 𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺)))
10		r19.41v 3183	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑥 ∈ 𝑉 ((𝑝‘1) = 𝑥 ∧ 𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺)) ↔ (∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝑝‘1) = 𝑥 ∧ 𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺)))
11	9, 10	bitr2i 276	. . . . 5 ⊢ ((∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝑝‘1) = 𝑥 ∧ 𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺)) ↔ ∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) ∧ (𝑝‘1) = 𝑥))
12	11	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ FinUSGraph → ((∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝑝‘1) = 𝑥 ∧ 𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺)) ↔ ∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) ∧ (𝑝‘1) = 𝑥)))
13		fusgreg2wsp.m	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑀 = (𝑎 ∈ 𝑉 ↦ {𝑤 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) ∣ (𝑤‘1) = 𝑎})
14	3, 13	fusgreg2wsplem 30117	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ 𝑉 → (𝑝 ∈ (𝑀‘𝑥) ↔ (𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) ∧ (𝑝‘1) = 𝑥)))
15	14	bicomd 222	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ 𝑉 → ((𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) ∧ (𝑝‘1) = 𝑥) ↔ 𝑝 ∈ (𝑀‘𝑥)))
16	15	adantl 481	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ FinUSGraph ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → ((𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) ∧ (𝑝‘1) = 𝑥) ↔ 𝑝 ∈ (𝑀‘𝑥)))
17	16	rexbidva 3171	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ FinUSGraph → (∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) ∧ (𝑝‘1) = 𝑥) ↔ ∃𝑥 ∈ 𝑉 𝑝 ∈ (𝑀‘𝑥)))
18	7, 12, 17	3bitrd 305	. . 3 ⊢ (𝐺 ∈ FinUSGraph → (𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) ↔ ∃𝑥 ∈ 𝑉 𝑝 ∈ (𝑀‘𝑥)))
19		eliun 4995	. . 3 ⊢ (𝑝 ∈ ∪ 𝑥 ∈ 𝑉 (𝑀‘𝑥) ↔ ∃𝑥 ∈ 𝑉 𝑝 ∈ (𝑀‘𝑥))
20	18, 19	bitr4di 289	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ FinUSGraph → (𝑝 ∈ (2 WSPathsN 𝐺) ↔ 𝑝 ∈ ∪ 𝑥 ∈ 𝑉 (𝑀‘𝑥)))
21	20	eqrdv 2725	1 ⊢ (𝐺 ∈ FinUSGraph → (2 WSPathsN 𝐺) = ∪ 𝑥 ∈ 𝑉 (𝑀‘𝑥))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 395   = wceq 1534   ∈ wcel 2099  ∃wrex 3065  {crab 3427  ∪ ciun 4991   ↦ cmpt 5225  ‘cfv 6542  (class class class)co 7414  1c1 11125  2c2 12283  Vtxcvtx 28783  FinUSGraphcfusgr 29103   WWalksN cwwlksn 29611   WSPathsN cwwspthsn 29613

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1790  ax-4 1804  ax-5 1906  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2101  ax-9 2109  ax-10 2130  ax-11 2147  ax-12 2164  ax-ext 2698  ax-rep 5279  ax-sep 5293  ax-nul 5300  ax-pow 5359  ax-pr 5423  ax-un 7732  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

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 847  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1537  df-fal 1547  df-ex 1775  df-nf 1779  df-sb 2061  df-mo 2529  df-eu 2558  df-clab 2705  df-cleq 2719  df-clel 2805  df-nfc 2880  df-ne 2936  df-nel 3042  df-ral 3057  df-rex 3066  df-reu 3372  df-rab 3428  df-v 3471  df-sbc 3775  df-csb 3890  df-dif 3947  df-un 3949  df-in 3951  df-ss 3961  df-pss 3963  df-nul 4319  df-if 4525  df-pw 4600  df-sn 4625  df-pr 4627  df-tp 4629  df-op 4631  df-uni 4904  df-int 4945  df-iun 4993  df-br 5143  df-opab 5205  df-mpt 5226  df-tr 5260  df-id 5570  df-eprel 5576  df-po 5584  df-so 5585  df-fr 5627  df-we 5629  df-xp 5678  df-rel 5679  df-cnv 5680  df-co 5681  df-dm 5682  df-rn 5683  df-res 5684  df-ima 5685  df-pred 6299  df-ord 6366  df-on 6367  df-lim 6368  df-suc 6369  df-iota 6494  df-fun 6544  df-fn 6545  df-f 6546  df-f1 6547  df-fo 6548  df-f1o 6549  df-fv 6550  df-riota 7370  df-ov 7417  df-oprab 7418  df-mpo 7419  df-om 7863  df-1st 7985  df-2nd 7986  df-frecs 8278  df-wrecs 8309  df-recs 8383  df-rdg 8422  df-1o 8478  df-er 8716  df-map 8836  df-en 8954  df-dom 8955  df-sdom 8956  df-fin 8957  df-card 9948  df-pnf 11266  df-mnf 11267  df-xr 11268  df-ltxr 11269  df-le 11270  df-sub 11462  df-neg 11463  df-nn 12229  df-2 12291  df-3 12292  df-n0 12489  df-z 12575  df-uz 12839  df-fz 13503  df-fzo 13646  df-hash 14308  df-word 14483  df-concat 14539  df-s1 14564  df-s2 14817  df-s3 14818  df-wwlks 29615  df-wwlksn 29616  df-wspthsn 29618

This theorem is referenced by:  fusgreghash2wsp  30122