Theorem hashge3el3dif 14673

Description: A set with size at least 3 has at least 3 different elements. In contrast to hashge2el2dif 14666, which has an elementary proof, the dominance relation and 1-1 functions from a set with three elements which are known to be different are used to prove this theorem. Although there is also an elementary proof for this theorem, it might be much longer. After all, this proof should be kept because it can be used as template for proofs for higher cardinalities. (Contributed by AV, 20-Mar-2019.) (Proof modification is discouraged.)

Assertion

Ref	Expression
hashge3el3dif	⊢ ((𝐷 ∈ 𝑉 ∧ 3 ≤ (♯‘𝐷)) → ∃𝑥 ∈ 𝐷 ∃𝑦 ∈ 𝐷 ∃𝑧 ∈ 𝐷 (𝑥 ≠ 𝑦 ∧ 𝑥 ≠ 𝑧 ∧ 𝑦 ≠ 𝑧))

Distinct variable group:   𝑥,𝐷,𝑦,𝑧

Allowed substitution hints:   𝑉(𝑥, 𝑦, 𝑧)

Proof of Theorem hashge3el3dif

Dummy variable 𝑓 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		0nep0 5326	. . . . . . . . 9 ⊢ ∅ ≠ {∅}
2		0ex 5267	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ∅ ∈ V
3	2	sneqr 4800	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ({∅} = {{∅}} → ∅ = {∅})
4	3	necon3i 2991	. . . . . . . . . 10 ⊢ (∅ ≠ {∅} → {∅} ≠ {{∅}})
5	1, 4	ax-mp 5	. . . . . . . . 9 ⊢ {∅} ≠ {{∅}}
6		snex 5404	. . . . . . . . . 10 ⊢ {∅} ∈ V
7		snnzg 4737	. . . . . . . . . 10 ⊢ ({∅} ∈ V → {{∅}} ≠ ∅)
8	6, 7	ax-mp 5	. . . . . . . . 9 ⊢ {{∅}} ≠ ∅
9	1, 5, 8	3pm3.2i 1358	. . . . . . . 8 ⊢ (∅ ≠ {∅} ∧ {∅} ≠ {{∅}} ∧ {{∅}} ≠ ∅)
10		snex 5404	. . . . . . . . . 10 ⊢ {{∅}} ∈ V
11	2, 6, 10	3pm3.2i 1358	. . . . . . . . 9 ⊢ (∅ ∈ V ∧ {∅} ∈ V ∧ {{∅}} ∈ V)
12		hashtpg 14671	. . . . . . . . 9 ⊢ ((∅ ∈ V ∧ {∅} ∈ V ∧ {{∅}} ∈ V) → ((∅ ≠ {∅} ∧ {∅} ≠ {{∅}} ∧ {{∅}} ≠ ∅) ↔ (♯‘{∅, {∅}, {{∅}}}) = 3))
13	11, 12	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ ((∅ ≠ {∅} ∧ {∅} ≠ {{∅}} ∧ {{∅}} ≠ ∅) ↔ (♯‘{∅, {∅}, {{∅}}}) = 3)
14	9, 13	mpbi 233	. . . . . . 7 ⊢ (♯‘{∅, {∅}, {{∅}}}) = 3
15	14	eqcomi 2772	. . . . . 6 ⊢ 3 = (♯‘{∅, {∅}, {{∅}}})
16	15	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝐷 ∈ 𝑉 → 3 = (♯‘{∅, {∅}, {{∅}}}))
17	16	breq1d 5118	. . . 4 ⊢ (𝐷 ∈ 𝑉 → (3 ≤ (♯‘𝐷) ↔ (♯‘{∅, {∅}, {{∅}}}) ≤ (♯‘𝐷)))
18		tpfi 9355	. . . . 5 ⊢ {∅, {∅}, {{∅}}} ∈ Fin
19		hashdom 14564	. . . . 5 ⊢ (({∅, {∅}, {{∅}}} ∈ Fin ∧ 𝐷 ∈ 𝑉) → ((♯‘{∅, {∅}, {{∅}}}) ≤ (♯‘𝐷) ↔ {∅, {∅}, {{∅}}} ≼ 𝐷))
20	18, 19	mpan 703	. . . 4 ⊢ (𝐷 ∈ 𝑉 → ((♯‘{∅, {∅}, {{∅}}}) ≤ (♯‘𝐷) ↔ {∅, {∅}, {{∅}}} ≼ 𝐷))
21	17, 20	bitrd 282	. . 3 ⊢ (𝐷 ∈ 𝑉 → (3 ≤ (♯‘𝐷) ↔ {∅, {∅}, {{∅}}} ≼ 𝐷))
22		brdomg 9023	. . . 4 ⊢ (𝐷 ∈ 𝑉 → ({∅, {∅}, {{∅}}} ≼ 𝐷 ↔ ∃𝑓 𝑓:{∅, {∅}, {{∅}}}⟶1-1𝐷))
23	11	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓:{∅, {∅}, {{∅}}}⟶1-1𝐷) → (∅ ∈ V ∧ {∅} ∈ V ∧ {{∅}} ∈ V))
24	7	necomd 3014	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ({∅} ∈ V → ∅ ≠ {{∅}})
25	6, 24	ax-mp 5	. . . . . . . . . 10 ⊢ ∅ ≠ {{∅}}
26	1, 25, 5	3pm3.2i 1358	. . . . . . . . 9 ⊢ (∅ ≠ {∅} ∧ ∅ ≠ {{∅}} ∧ {∅} ≠ {{∅}})
27	26	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓:{∅, {∅}, {{∅}}}⟶1-1𝐷) → (∅ ≠ {∅} ∧ ∅ ≠ {{∅}} ∧ {∅} ≠ {{∅}}))
28		simpr 490	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓:{∅, {∅}, {{∅}}}⟶1-1𝐷) → 𝑓:{∅, {∅}, {{∅}}}⟶1-1𝐷)
29	23, 27, 28	f1dom3el3dif 7304	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓:{∅, {∅}, {{∅}}}⟶1-1𝐷) → ∃𝑥 ∈ 𝐷 ∃𝑦 ∈ 𝐷 ∃𝑧 ∈ 𝐷 (𝑥 ≠ 𝑦 ∧ 𝑥 ≠ 𝑧 ∧ 𝑦 ≠ 𝑧))
30	29	expcom 419	. . . . . 6 ⊢ (𝑓:{∅, {∅}, {{∅}}}⟶1-1𝐷 → (𝐷 ∈ 𝑉 → ∃𝑥 ∈ 𝐷 ∃𝑦 ∈ 𝐷 ∃𝑧 ∈ 𝐷 (𝑥 ≠ 𝑦 ∧ 𝑥 ≠ 𝑧 ∧ 𝑦 ≠ 𝑧)))
31	30	exlimiv 1965	. . . . 5 ⊢ (∃𝑓 𝑓:{∅, {∅}, {{∅}}}⟶1-1𝐷 → (𝐷 ∈ 𝑉 → ∃𝑥 ∈ 𝐷 ∃𝑦 ∈ 𝐷 ∃𝑧 ∈ 𝐷 (𝑥 ≠ 𝑦 ∧ 𝑥 ≠ 𝑧 ∧ 𝑦 ≠ 𝑧)))
32	31	com12 33	. . . 4 ⊢ (𝐷 ∈ 𝑉 → (∃𝑓 𝑓:{∅, {∅}, {{∅}}}⟶1-1𝐷 → ∃𝑥 ∈ 𝐷 ∃𝑦 ∈ 𝐷 ∃𝑧 ∈ 𝐷 (𝑥 ≠ 𝑦 ∧ 𝑥 ≠ 𝑧 ∧ 𝑦 ≠ 𝑧)))
33	22, 32	sylbid 243	. . 3 ⊢ (𝐷 ∈ 𝑉 → ({∅, {∅}, {{∅}}} ≼ 𝐷 → ∃𝑥 ∈ 𝐷 ∃𝑦 ∈ 𝐷 ∃𝑧 ∈ 𝐷 (𝑥 ≠ 𝑦 ∧ 𝑥 ≠ 𝑧 ∧ 𝑦 ≠ 𝑧)))
34	21, 33	sylbid 243	. 2 ⊢ (𝐷 ∈ 𝑉 → (3 ≤ (♯‘𝐷) → ∃𝑥 ∈ 𝐷 ∃𝑦 ∈ 𝐷 ∃𝑧 ∈ 𝐷 (𝑥 ≠ 𝑦 ∧ 𝑥 ≠ 𝑧 ∧ 𝑦 ≠ 𝑧)))
35	34	imp 412	1 ⊢ ((𝐷 ∈ 𝑉 ∧ 3 ≤ (♯‘𝐷)) → ∃𝑥 ∈ 𝐷 ∃𝑦 ∈ 𝐷 ∃𝑧 ∈ 𝐷 (𝑥 ≠ 𝑦 ∧ 𝑥 ≠ 𝑧 ∧ 𝑦 ≠ 𝑧))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570  ∃wex 1812   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959  ∃wrex 3090  Vcvv 3454  ∅c0 4281  {csn 4588  {ctp 4592   class class class wbr 5108  ⟶1-1wf1 6563  ‘cfv 6566   ≼ cdom 9009  Fincfn 9011   ≤ cle 11383  3c3 12438  ♯chash 14515

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-tp 4593  df-op 4841  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-om 7912  df-1st 8035  df-2nd 8036  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-1o 8514  df-2o 8515  df-oadd 8518  df-er 8755  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-fin 9015  df-dju 10019  df-card 10057  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-nn 12376  df-2 12445  df-3 12446  df-n0 12647  df-xnn0 12720  df-z 12734  df-uz 13006  df-fz 13680  df-hash 14516

This theorem is used by:  pmtr3ncom  19740