MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  hashgt23el Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem hashgt23el 14324
Description: A set with more than two elements has at least three different elements. (Contributed by BTernaryTau, 21-Sep-2023.)
Assertion
Ref Expression
hashgt23el ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → ∃𝑎𝑉𝑏𝑉𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐))
Distinct variable groups:   𝑊,𝑎   𝑉,𝑎,𝑏,𝑐
Allowed substitution hints:   𝑊(𝑏,𝑐)

Proof of Theorem hashgt23el
StepHypRef Expression
1 2pos 12256 . . . . . 6 0 < 2
2 0xr 11202 . . . . . . 7 0 ∈ ℝ*
3 2re 12227 . . . . . . . 8 2 ∈ ℝ
43rexri 11213 . . . . . . 7 2 ∈ ℝ*
5 hashxrcl 14257 . . . . . . 7 (𝑉𝑊 → (♯‘𝑉) ∈ ℝ*)
6 xrlttr 13059 . . . . . . 7 ((0 ∈ ℝ* ∧ 2 ∈ ℝ* ∧ (♯‘𝑉) ∈ ℝ*) → ((0 < 2 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 0 < (♯‘𝑉)))
72, 4, 5, 6mp3an12i 1465 . . . . . 6 (𝑉𝑊 → ((0 < 2 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 0 < (♯‘𝑉)))
81, 7mpani 694 . . . . 5 (𝑉𝑊 → (2 < (♯‘𝑉) → 0 < (♯‘𝑉)))
9 hashgt0elex 14301 . . . . . 6 ((𝑉𝑊 ∧ 0 < (♯‘𝑉)) → ∃𝑎 𝑎𝑉)
109ex 413 . . . . 5 (𝑉𝑊 → (0 < (♯‘𝑉) → ∃𝑎 𝑎𝑉))
118, 10syld 47 . . . 4 (𝑉𝑊 → (2 < (♯‘𝑉) → ∃𝑎 𝑎𝑉))
1211imp 407 . . 3 ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → ∃𝑎 𝑎𝑉)
13 difexg 5284 . . . . 5 (𝑉𝑊 → (𝑉 ∖ {𝑎}) ∈ V)
14 difsnid 4770 . . . . . . . . . . . 12 (𝑎𝑉 → ((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}) = 𝑉)
1514fveq2d 6846 . . . . . . . . . . 11 (𝑎𝑉 → (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})) = (♯‘𝑉))
1615breq2d 5117 . . . . . . . . . 10 (𝑎𝑉 → (2 < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})) ↔ 2 < (♯‘𝑉)))
1716adantr 481 . . . . . . . . 9 ((𝑎𝑉𝑉𝑊) → (2 < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})) ↔ 2 < (♯‘𝑉)))
18 df-2 12216 . . . . . . . . . . . . 13 2 = (1 + 1)
1918breq1i 5112 . . . . . . . . . . . 12 (2 < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})) ↔ (1 + 1) < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})))
20 neldifsn 4752 . . . . . . . . . . . . . 14 ¬ 𝑎 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})
21 1nn0 12429 . . . . . . . . . . . . . . . 16 1 ∈ ℕ0
22 hashunsnggt 14294 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝑉 ∖ {𝑎}) ∈ V ∧ 𝑎𝑉 ∧ 1 ∈ ℕ0) ∧ ¬ 𝑎 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) → (1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})) ↔ (1 + 1) < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}))))
2321, 22mp3anl3 1457 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝑉 ∖ {𝑎}) ∈ V ∧ 𝑎𝑉) ∧ ¬ 𝑎 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) → (1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})) ↔ (1 + 1) < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}))))
2413, 23sylanl1 678 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑉𝑊𝑎𝑉) ∧ ¬ 𝑎 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) → (1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})) ↔ (1 + 1) < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}))))
2520, 24mpan2 689 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑉𝑊𝑎𝑉) → (1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})) ↔ (1 + 1) < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}))))
2625biimp3ar 1470 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑉𝑊𝑎𝑉 ∧ (1 + 1) < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}))) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})))
2719, 26syl3an3b 1405 . . . . . . . . . . 11 ((𝑉𝑊𝑎𝑉 ∧ 2 < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}))) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})))
28273expia 1121 . . . . . . . . . 10 ((𝑉𝑊𝑎𝑉) → (2 < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎}))))
2928ancoms 459 . . . . . . . . 9 ((𝑎𝑉𝑉𝑊) → (2 < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎}))))
3017, 29sylbird 259 . . . . . . . 8 ((𝑎𝑉𝑉𝑊) → (2 < (♯‘𝑉) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎}))))
31303impia 1117 . . . . . . 7 ((𝑎𝑉𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})))
32313expib 1122 . . . . . 6 (𝑎𝑉 → ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎}))))
33 1lt2 12324 . . . . . . . . . . 11 1 < 2
34 1xr 11214 . . . . . . . . . . . 12 1 ∈ ℝ*
35 xrlttr 13059 . . . . . . . . . . . 12 ((1 ∈ ℝ* ∧ 2 ∈ ℝ* ∧ (♯‘𝑉) ∈ ℝ*) → ((1 < 2 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘𝑉)))
3634, 4, 5, 35mp3an12i 1465 . . . . . . . . . . 11 (𝑉𝑊 → ((1 < 2 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘𝑉)))
3733, 36mpani 694 . . . . . . . . . 10 (𝑉𝑊 → (2 < (♯‘𝑉) → 1 < (♯‘𝑉)))
3837imp 407 . . . . . . . . 9 ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘𝑉))
39383adant1 1130 . . . . . . . 8 ((¬ 𝑎𝑉𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘𝑉))
40 difsn 4758 . . . . . . . . . 10 𝑎𝑉 → (𝑉 ∖ {𝑎}) = 𝑉)
41403ad2ant1 1133 . . . . . . . . 9 ((¬ 𝑎𝑉𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → (𝑉 ∖ {𝑎}) = 𝑉)
4241fveq2d 6846 . . . . . . . 8 ((¬ 𝑎𝑉𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})) = (♯‘𝑉))
4339, 42breqtrrd 5133 . . . . . . 7 ((¬ 𝑎𝑉𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})))
44433expib 1122 . . . . . 6 𝑎𝑉 → ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎}))))
4532, 44pm2.61i 182 . . . . 5 ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})))
46 hashgt12el 14322 . . . . 5 (((𝑉 ∖ {𝑎}) ∈ V ∧ 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎}))) → ∃𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐)
4713, 45, 46syl2an2r 683 . . . 4 ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → ∃𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐)
4847alrimiv 1930 . . 3 ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → ∀𝑎𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐)
49 19.29r 1877 . . 3 ((∃𝑎 𝑎𝑉 ∧ ∀𝑎𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐) → ∃𝑎(𝑎𝑉 ∧ ∃𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐))
5012, 48, 49syl2anc 584 . 2 ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → ∃𝑎(𝑎𝑉 ∧ ∃𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐))
51 df-rex 3074 . . 3 (∃𝑎𝑉𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐 ↔ ∃𝑎(𝑎𝑉 ∧ ∃𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐))
52 eldifsn 4747 . . . . . . . . 9 (𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ↔ (𝑏𝑉𝑏𝑎))
53 necom 2997 . . . . . . . . . 10 (𝑏𝑎𝑎𝑏)
5453anbi2i 623 . . . . . . . . 9 ((𝑏𝑉𝑏𝑎) ↔ (𝑏𝑉𝑎𝑏))
5552, 54bitri 274 . . . . . . . 8 (𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ↔ (𝑏𝑉𝑎𝑏))
56 ax-5 1913 . . . . . . . . 9 (𝑎𝑏 → ∀𝑐 𝑎𝑏)
5756anim2i 617 . . . . . . . 8 ((𝑏𝑉𝑎𝑏) → (𝑏𝑉 ∧ ∀𝑐 𝑎𝑏))
5855, 57sylbi 216 . . . . . . 7 (𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) → (𝑏𝑉 ∧ ∀𝑐 𝑎𝑏))
59 3anass 1095 . . . . . . . . . 10 ((𝑐𝑉𝑎𝑐𝑏𝑐) ↔ (𝑐𝑉 ∧ (𝑎𝑐𝑏𝑐)))
6059exbii 1850 . . . . . . . . 9 (∃𝑐(𝑐𝑉𝑎𝑐𝑏𝑐) ↔ ∃𝑐(𝑐𝑉 ∧ (𝑎𝑐𝑏𝑐)))
61 df-rex 3074 . . . . . . . . . 10 (∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐 ↔ ∃𝑐(𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ∧ 𝑏𝑐))
62 eldifsn 4747 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ↔ (𝑐𝑉𝑐𝑎))
63 necom 2997 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑐𝑎𝑎𝑐)
6463anbi2i 623 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑐𝑉𝑐𝑎) ↔ (𝑐𝑉𝑎𝑐))
6562, 64bitri 274 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ↔ (𝑐𝑉𝑎𝑐))
6665anbi1i 624 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ∧ 𝑏𝑐) ↔ ((𝑐𝑉𝑎𝑐) ∧ 𝑏𝑐))
67 df-3an 1089 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑐𝑉𝑎𝑐𝑏𝑐) ↔ ((𝑐𝑉𝑎𝑐) ∧ 𝑏𝑐))
6866, 67bitr4i 277 . . . . . . . . . . 11 ((𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ∧ 𝑏𝑐) ↔ (𝑐𝑉𝑎𝑐𝑏𝑐))
6968exbii 1850 . . . . . . . . . 10 (∃𝑐(𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ∧ 𝑏𝑐) ↔ ∃𝑐(𝑐𝑉𝑎𝑐𝑏𝑐))
7061, 69bitri 274 . . . . . . . . 9 (∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐 ↔ ∃𝑐(𝑐𝑉𝑎𝑐𝑏𝑐))
71 df-rex 3074 . . . . . . . . 9 (∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐) ↔ ∃𝑐(𝑐𝑉 ∧ (𝑎𝑐𝑏𝑐)))
7260, 70, 713bitr4i 302 . . . . . . . 8 (∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐 ↔ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐))
7372biimpi 215 . . . . . . 7 (∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐 → ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐))
7458, 73anim12i 613 . . . . . 6 ((𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ∧ ∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐) → ((𝑏𝑉 ∧ ∀𝑐 𝑎𝑏) ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐)))
75 alral 3078 . . . . . . . . . 10 (∀𝑐 𝑎𝑏 → ∀𝑐𝑉 𝑎𝑏)
7675anim1i 615 . . . . . . . . 9 ((∀𝑐 𝑎𝑏 ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐)) → (∀𝑐𝑉 𝑎𝑏 ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐)))
77 r19.29 3117 . . . . . . . . 9 ((∀𝑐𝑉 𝑎𝑏 ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐)) → ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑏 ∧ (𝑎𝑐𝑏𝑐)))
78 3anass 1095 . . . . . . . . . . 11 ((𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐) ↔ (𝑎𝑏 ∧ (𝑎𝑐𝑏𝑐)))
7978biimpri 227 . . . . . . . . . 10 ((𝑎𝑏 ∧ (𝑎𝑐𝑏𝑐)) → (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐))
8079reximi 3087 . . . . . . . . 9 (∃𝑐𝑉 (𝑎𝑏 ∧ (𝑎𝑐𝑏𝑐)) → ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐))
8176, 77, 803syl 18 . . . . . . . 8 ((∀𝑐 𝑎𝑏 ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐)) → ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐))
8281anim2i 617 . . . . . . 7 ((𝑏𝑉 ∧ (∀𝑐 𝑎𝑏 ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐))) → (𝑏𝑉 ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐)))
8382anassrs 468 . . . . . 6 (((𝑏𝑉 ∧ ∀𝑐 𝑎𝑏) ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐)) → (𝑏𝑉 ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐)))
8474, 83syl 17 . . . . 5 ((𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ∧ ∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐) → (𝑏𝑉 ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐)))
8584reximi2 3082 . . . 4 (∃𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐 → ∃𝑏𝑉𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐))
8685reximi 3087 . . 3 (∃𝑎𝑉𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐 → ∃𝑎𝑉𝑏𝑉𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐))
8751, 86sylbir 234 . 2 (∃𝑎(𝑎𝑉 ∧ ∃𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐) → ∃𝑎𝑉𝑏𝑉𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐))
8850, 87syl 17 1 ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → ∃𝑎𝑉𝑏𝑉𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 205  wa 396  w3a 1087  wal 1539   = wceq 1541  wex 1781  wcel 2106  wne 2943  wral 3064  wrex 3073  Vcvv 3445  cdif 3907  cun 3908  {csn 4586   class class class wbr 5105  cfv 6496  (class class class)co 7357  0cc0 11051  1c1 11052   + caddc 11054  *cxr 11188   < clt 11189  2c2 12208  0cn0 12413  chash 14230
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 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2707  ax-sep 5256  ax-nul 5263  ax-pow 5320  ax-pr 5384  ax-un 7672  ax-cnex 11107  ax-resscn 11108  ax-1cn 11109  ax-icn 11110  ax-addcl 11111  ax-addrcl 11112  ax-mulcl 11113  ax-mulrcl 11114  ax-mulcom 11115  ax-addass 11116  ax-mulass 11117  ax-distr 11118  ax-i2m1 11119  ax-1ne0 11120  ax-1rid 11121  ax-rnegex 11122  ax-rrecex 11123  ax-cnre 11124  ax-pre-lttri 11125  ax-pre-lttrn 11126  ax-pre-ltadd 11127  ax-pre-mulgt0 11128
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3065  df-rex 3074  df-reu 3354  df-rab 3408  df-v 3447  df-sbc 3740  df-csb 3856  df-dif 3913  df-un 3915  df-in 3917  df-ss 3927  df-pss 3929  df-nul 4283  df-if 4487  df-pw 4562  df-sn 4587  df-pr 4589  df-op 4593  df-uni 4866  df-int 4908  df-iun 4956  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5189  df-tr 5223  df-id 5531  df-eprel 5537  df-po 5545  df-so 5546  df-fr 5588  df-we 5590  df-xp 5639  df-rel 5640  df-cnv 5641  df-co 5642  df-dm 5643  df-rn 5644  df-res 5645  df-ima 5646  df-pred 6253  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6498  df-fn 6499  df-f 6500  df-f1 6501  df-fo 6502  df-f1o 6503  df-fv 6504  df-riota 7313  df-ov 7360  df-oprab 7361  df-mpo 7362  df-om 7803  df-1st 7921  df-2nd 7922  df-frecs 8212  df-wrecs 8243  df-recs 8317  df-rdg 8356  df-1o 8412  df-oadd 8416  df-er 8648  df-en 8884  df-dom 8885  df-sdom 8886  df-fin 8887  df-dju 9837  df-card 9875  df-pnf 11191  df-mnf 11192  df-xr 11193  df-ltxr 11194  df-le 11195  df-sub 11387  df-neg 11388  df-nn 12154  df-2 12216  df-n0 12414  df-xnn0 12486  df-z 12500  df-uz 12764  df-xneg 13033  df-xadd 13034  df-fz 13425  df-hash 14231
This theorem is referenced by:  cusgr3cyclex  33730
  Copyright terms: Public domain W3C validator