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

Theorem hashgt23el 14460
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 12367 . . . . . 6 0 < 2
2 0xr 11306 . . . . . . 7 0 ∈ ℝ*
3 2re 12338 . . . . . . . 8 2 ∈ ℝ
43rexri 11317 . . . . . . 7 2 ∈ ℝ*
5 hashxrcl 14393 . . . . . . 7 (𝑉𝑊 → (♯‘𝑉) ∈ ℝ*)
6 xrlttr 13179 . . . . . . 7 ((0 ∈ ℝ* ∧ 2 ∈ ℝ* ∧ (♯‘𝑉) ∈ ℝ*) → ((0 < 2 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 0 < (♯‘𝑉)))
72, 4, 5, 6mp3an12i 1464 . . . . . 6 (𝑉𝑊 → ((0 < 2 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 0 < (♯‘𝑉)))
81, 7mpani 696 . . . . 5 (𝑉𝑊 → (2 < (♯‘𝑉) → 0 < (♯‘𝑉)))
9 hashgt0elex 14437 . . . . . 6 ((𝑉𝑊 ∧ 0 < (♯‘𝑉)) → ∃𝑎 𝑎𝑉)
109ex 412 . . . . 5 (𝑉𝑊 → (0 < (♯‘𝑉) → ∃𝑎 𝑎𝑉))
118, 10syld 47 . . . 4 (𝑉𝑊 → (2 < (♯‘𝑉) → ∃𝑎 𝑎𝑉))
1211imp 406 . . 3 ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → ∃𝑎 𝑎𝑉)
13 difexg 5335 . . . . 5 (𝑉𝑊 → (𝑉 ∖ {𝑎}) ∈ V)
14 difsnid 4815 . . . . . . . . . . . 12 (𝑎𝑉 → ((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}) = 𝑉)
1514fveq2d 6911 . . . . . . . . . . 11 (𝑎𝑉 → (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})) = (♯‘𝑉))
1615breq2d 5160 . . . . . . . . . 10 (𝑎𝑉 → (2 < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})) ↔ 2 < (♯‘𝑉)))
1716adantr 480 . . . . . . . . 9 ((𝑎𝑉𝑉𝑊) → (2 < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})) ↔ 2 < (♯‘𝑉)))
18 df-2 12327 . . . . . . . . . . . . 13 2 = (1 + 1)
1918breq1i 5155 . . . . . . . . . . . 12 (2 < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})) ↔ (1 + 1) < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})))
20 neldifsn 4797 . . . . . . . . . . . . . 14 ¬ 𝑎 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})
21 1nn0 12540 . . . . . . . . . . . . . . . 16 1 ∈ ℕ0
22 hashunsnggt 14430 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝑉 ∖ {𝑎}) ∈ V ∧ 𝑎𝑉 ∧ 1 ∈ ℕ0) ∧ ¬ 𝑎 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) → (1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})) ↔ (1 + 1) < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}))))
2321, 22mp3anl3 1456 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝑉 ∖ {𝑎}) ∈ V ∧ 𝑎𝑉) ∧ ¬ 𝑎 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) → (1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})) ↔ (1 + 1) < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}))))
2413, 23sylanl1 680 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑉𝑊𝑎𝑉) ∧ ¬ 𝑎 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})) → (1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})) ↔ (1 + 1) < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}))))
2520, 24mpan2 691 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑉𝑊𝑎𝑉) → (1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})) ↔ (1 + 1) < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}))))
2625biimp3ar 1469 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑉𝑊𝑎𝑉 ∧ (1 + 1) < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}))) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})))
2719, 26syl3an3b 1404 . . . . . . . . . . 11 ((𝑉𝑊𝑎𝑉 ∧ 2 < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎}))) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})))
28273expia 1120 . . . . . . . . . 10 ((𝑉𝑊𝑎𝑉) → (2 < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎}))))
2928ancoms 458 . . . . . . . . 9 ((𝑎𝑉𝑉𝑊) → (2 < (♯‘((𝑉 ∖ {𝑎}) ∪ {𝑎})) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎}))))
3017, 29sylbird 260 . . . . . . . 8 ((𝑎𝑉𝑉𝑊) → (2 < (♯‘𝑉) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎}))))
31303impia 1116 . . . . . . 7 ((𝑎𝑉𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})))
32313expib 1121 . . . . . 6 (𝑎𝑉 → ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎}))))
33 1lt2 12435 . . . . . . . . . . 11 1 < 2
34 1xr 11318 . . . . . . . . . . . 12 1 ∈ ℝ*
35 xrlttr 13179 . . . . . . . . . . . 12 ((1 ∈ ℝ* ∧ 2 ∈ ℝ* ∧ (♯‘𝑉) ∈ ℝ*) → ((1 < 2 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘𝑉)))
3634, 4, 5, 35mp3an12i 1464 . . . . . . . . . . 11 (𝑉𝑊 → ((1 < 2 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘𝑉)))
3733, 36mpani 696 . . . . . . . . . 10 (𝑉𝑊 → (2 < (♯‘𝑉) → 1 < (♯‘𝑉)))
3837imp 406 . . . . . . . . 9 ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘𝑉))
39383adant1 1129 . . . . . . . 8 ((¬ 𝑎𝑉𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘𝑉))
40 difsn 4803 . . . . . . . . . 10 𝑎𝑉 → (𝑉 ∖ {𝑎}) = 𝑉)
41403ad2ant1 1132 . . . . . . . . 9 ((¬ 𝑎𝑉𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → (𝑉 ∖ {𝑎}) = 𝑉)
4241fveq2d 6911 . . . . . . . 8 ((¬ 𝑎𝑉𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})) = (♯‘𝑉))
4339, 42breqtrrd 5176 . . . . . . 7 ((¬ 𝑎𝑉𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})))
44433expib 1121 . . . . . 6 𝑎𝑉 → ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎}))))
4532, 44pm2.61i 182 . . . . 5 ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎})))
46 hashgt12el 14458 . . . . 5 (((𝑉 ∖ {𝑎}) ∈ V ∧ 1 < (♯‘(𝑉 ∖ {𝑎}))) → ∃𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐)
4713, 45, 46syl2an2r 685 . . . 4 ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → ∃𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐)
4847alrimiv 1925 . . 3 ((𝑉𝑊 ∧ 2 < (♯‘𝑉)) → ∀𝑎𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐)
49 19.29r 1872 . . 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 3069 . . 3 (∃𝑎𝑉𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐 ↔ ∃𝑎(𝑎𝑉 ∧ ∃𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐))
52 eldifsn 4791 . . . . . . . . 9 (𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ↔ (𝑏𝑉𝑏𝑎))
53 necom 2992 . . . . . . . . . 10 (𝑏𝑎𝑎𝑏)
5453anbi2i 623 . . . . . . . . 9 ((𝑏𝑉𝑏𝑎) ↔ (𝑏𝑉𝑎𝑏))
5552, 54bitri 275 . . . . . . . 8 (𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ↔ (𝑏𝑉𝑎𝑏))
56 ax-5 1908 . . . . . . . . 9 (𝑎𝑏 → ∀𝑐 𝑎𝑏)
5756anim2i 617 . . . . . . . 8 ((𝑏𝑉𝑎𝑏) → (𝑏𝑉 ∧ ∀𝑐 𝑎𝑏))
5855, 57sylbi 217 . . . . . . 7 (𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) → (𝑏𝑉 ∧ ∀𝑐 𝑎𝑏))
59 3anass 1094 . . . . . . . . . 10 ((𝑐𝑉𝑎𝑐𝑏𝑐) ↔ (𝑐𝑉 ∧ (𝑎𝑐𝑏𝑐)))
6059exbii 1845 . . . . . . . . 9 (∃𝑐(𝑐𝑉𝑎𝑐𝑏𝑐) ↔ ∃𝑐(𝑐𝑉 ∧ (𝑎𝑐𝑏𝑐)))
61 df-rex 3069 . . . . . . . . . 10 (∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐 ↔ ∃𝑐(𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ∧ 𝑏𝑐))
62 eldifsn 4791 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ↔ (𝑐𝑉𝑐𝑎))
63 necom 2992 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑐𝑎𝑎𝑐)
6463anbi2i 623 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑐𝑉𝑐𝑎) ↔ (𝑐𝑉𝑎𝑐))
6562, 64bitri 275 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ↔ (𝑐𝑉𝑎𝑐))
6665anbi1i 624 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ∧ 𝑏𝑐) ↔ ((𝑐𝑉𝑎𝑐) ∧ 𝑏𝑐))
67 df-3an 1088 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑐𝑉𝑎𝑐𝑏𝑐) ↔ ((𝑐𝑉𝑎𝑐) ∧ 𝑏𝑐))
6866, 67bitr4i 278 . . . . . . . . . . 11 ((𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ∧ 𝑏𝑐) ↔ (𝑐𝑉𝑎𝑐𝑏𝑐))
6968exbii 1845 . . . . . . . . . 10 (∃𝑐(𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ∧ 𝑏𝑐) ↔ ∃𝑐(𝑐𝑉𝑎𝑐𝑏𝑐))
7061, 69bitri 275 . . . . . . . . 9 (∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐 ↔ ∃𝑐(𝑐𝑉𝑎𝑐𝑏𝑐))
71 df-rex 3069 . . . . . . . . 9 (∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐) ↔ ∃𝑐(𝑐𝑉 ∧ (𝑎𝑐𝑏𝑐)))
7260, 70, 713bitr4i 303 . . . . . . . 8 (∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐 ↔ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐))
7372biimpi 216 . . . . . . 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 3073 . . . . . . . . . 10 (∀𝑐 𝑎𝑏 → ∀𝑐𝑉 𝑎𝑏)
7675anim1i 615 . . . . . . . . 9 ((∀𝑐 𝑎𝑏 ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐)) → (∀𝑐𝑉 𝑎𝑏 ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐)))
77 r19.29 3112 . . . . . . . . 9 ((∀𝑐𝑉 𝑎𝑏 ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐)) → ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑏 ∧ (𝑎𝑐𝑏𝑐)))
78 3anass 1094 . . . . . . . . . . 11 ((𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐) ↔ (𝑎𝑏 ∧ (𝑎𝑐𝑏𝑐)))
7978biimpri 228 . . . . . . . . . 10 ((𝑎𝑏 ∧ (𝑎𝑐𝑏𝑐)) → (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐))
8079reximi 3082 . . . . . . . . 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 467 . . . . . 6 (((𝑏𝑉 ∧ ∀𝑐 𝑎𝑏) ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑐𝑏𝑐)) → (𝑏𝑉 ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐)))
8474, 83syl 17 . . . . 5 ((𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎}) ∧ ∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐) → (𝑏𝑉 ∧ ∃𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐)))
8584reximi2 3077 . . . 4 (∃𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐 → ∃𝑏𝑉𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐))
8685reximi 3082 . . 3 (∃𝑎𝑉𝑏 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})∃𝑐 ∈ (𝑉 ∖ {𝑎})𝑏𝑐 → ∃𝑎𝑉𝑏𝑉𝑐𝑉 (𝑎𝑏𝑎𝑐𝑏𝑐))
8751, 86sylbir 235 . 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 206  wa 395  w3a 1086  wal 1535   = wceq 1537  wex 1776  wcel 2106  wne 2938  wral 3059  wrex 3068  Vcvv 3478  cdif 3960  cun 3961  {csn 4631   class class class wbr 5148  cfv 6563  (class class class)co 7431  0cc0 11153  1c1 11154   + caddc 11156  *cxr 11292   < clt 11293  2c2 12319  0cn0 12524  chash 14366
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1908  ax-6 1965  ax-7 2005  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2139  ax-11 2155  ax-12 2175  ax-ext 2706  ax-sep 5302  ax-nul 5312  ax-pow 5371  ax-pr 5438  ax-un 7754  ax-cnex 11209  ax-resscn 11210  ax-1cn 11211  ax-icn 11212  ax-addcl 11213  ax-addrcl 11214  ax-mulcl 11215  ax-mulrcl 11216  ax-mulcom 11217  ax-addass 11218  ax-mulass 11219  ax-distr 11220  ax-i2m1 11221  ax-1ne0 11222  ax-1rid 11223  ax-rnegex 11224  ax-rrecex 11225  ax-cnre 11226  ax-pre-lttri 11227  ax-pre-lttrn 11228  ax-pre-ltadd 11229  ax-pre-mulgt0 11230
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2063  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2727  df-clel 2814  df-nfc 2890  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-reu 3379  df-rab 3434  df-v 3480  df-sbc 3792  df-csb 3909  df-dif 3966  df-un 3968  df-in 3970  df-ss 3980  df-pss 3983  df-nul 4340  df-if 4532  df-pw 4607  df-sn 4632  df-pr 4634  df-op 4638  df-uni 4913  df-int 4952  df-iun 4998  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5583  df-eprel 5589  df-po 5597  df-so 5598  df-fr 5641  df-we 5643  df-xp 5695  df-rel 5696  df-cnv 5697  df-co 5698  df-dm 5699  df-rn 5700  df-res 5701  df-ima 5702  df-pred 6323  df-ord 6389  df-on 6390  df-lim 6391  df-suc 6392  df-iota 6516  df-fun 6565  df-fn 6566  df-f 6567  df-f1 6568  df-fo 6569  df-f1o 6570  df-fv 6571  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-om 7888  df-1st 8013  df-2nd 8014  df-frecs 8305  df-wrecs 8336  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-1o 8505  df-oadd 8509  df-er 8744  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-fin 8988  df-dju 9939  df-card 9977  df-pnf 11295  df-mnf 11296  df-xr 11297  df-ltxr 11298  df-le 11299  df-sub 11492  df-neg 11493  df-nn 12265  df-2 12327  df-n0 12525  df-xnn0 12598  df-z 12612  df-uz 12877  df-xneg 13152  df-xadd 13153  df-fz 13545  df-hash 14367
This theorem is referenced by:  cusgr3cyclex  35121
  Copyright terms: Public domain W3C validator