Theorem hashnexinj 42123

Description: If the number of elements of the domain are greater than the number of elements in a codomain, then there are two different values that map to the same. (Contributed by metakunt, 2-May-2025.)

Hypotheses

Ref	Expression
hashnexinj.1	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Fin)
hashnexinj.2	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ Fin)
hashnexinj.3	⊢ (𝜑 → (♯‘𝐵) < (♯‘𝐴))
hashnexinj.4	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶𝐵)

Assertion

Ref	Expression
hashnexinj	⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦))

Distinct variable groups:   𝑥,𝐴,𝑦   𝑥,𝐹,𝑦

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑦)   𝐵(𝑥,𝑦)

Proof of Theorem hashnexinj

Dummy variable 𝑓 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		hashnexinj.4	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶𝐵)
2		hashnexinj.3	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (♯‘𝐵) < (♯‘𝐴))
3		hashnexinj.2	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ Fin)
4		hashcl 14328	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐵 ∈ Fin → (♯‘𝐵) ∈ ℕ0)
5	3, 4	syl 17	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (♯‘𝐵) ∈ ℕ0)
6	5	nn0red 12511	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (♯‘𝐵) ∈ ℝ)
7		hashnexinj.1	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Fin)
8		hashcl 14328	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐴 ∈ Fin → (♯‘𝐴) ∈ ℕ0)
9	7, 8	syl 17	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (♯‘𝐴) ∈ ℕ0)
10	9	nn0red 12511	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (♯‘𝐴) ∈ ℝ)
11	6, 10	ltnled 11328	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((♯‘𝐵) < (♯‘𝐴) ↔ ¬ (♯‘𝐴) ≤ (♯‘𝐵)))
12	2, 11	mpbid 232	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ¬ (♯‘𝐴) ≤ (♯‘𝐵))
13		hashdom 14351	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) → ((♯‘𝐴) ≤ (♯‘𝐵) ↔ 𝐴 ≼ 𝐵))
14	7, 3, 13	syl2anc 584	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ((♯‘𝐴) ≤ (♯‘𝐵) ↔ 𝐴 ≼ 𝐵))
15	14	notbid 318	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (¬ (♯‘𝐴) ≤ (♯‘𝐵) ↔ ¬ 𝐴 ≼ 𝐵))
16	15	biimpd 229	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (¬ (♯‘𝐴) ≤ (♯‘𝐵) → ¬ 𝐴 ≼ 𝐵))
17	12, 16	mpd 15	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ¬ 𝐴 ≼ 𝐵)
18		brdomg 8933	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐵 ∈ Fin → (𝐴 ≼ 𝐵 ↔ ∃𝑓 𝑓:𝐴–1-1→𝐵))
19	18	notbid 318	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐵 ∈ Fin → (¬ 𝐴 ≼ 𝐵 ↔ ¬ ∃𝑓 𝑓:𝐴–1-1→𝐵))
20	19	biimpd 229	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐵 ∈ Fin → (¬ 𝐴 ≼ 𝐵 → ¬ ∃𝑓 𝑓:𝐴–1-1→𝐵))
21	3, 20	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (¬ 𝐴 ≼ 𝐵 → ¬ ∃𝑓 𝑓:𝐴–1-1→𝐵))
22	17, 21	mpd 15	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ¬ ∃𝑓 𝑓:𝐴–1-1→𝐵)
23		alnex 1781	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑓 ¬ 𝑓:𝐴–1-1→𝐵 ↔ ¬ ∃𝑓 𝑓:𝐴–1-1→𝐵)
24	22, 23	sylibr 234	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∀𝑓 ¬ 𝑓:𝐴–1-1→𝐵)
25	3, 7, 1	elmapdd 8817	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (𝐵 ↑m 𝐴))
26		f1eq1 6754	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑓 = 𝐹 → (𝑓:𝐴–1-1→𝐵 ↔ 𝐹:𝐴–1-1→𝐵))
27	26	notbid 318	. . . . . . 7 ⊢ (𝑓 = 𝐹 → (¬ 𝑓:𝐴–1-1→𝐵 ↔ ¬ 𝐹:𝐴–1-1→𝐵))
28	27	spcgv 3565	. . . . . 6 ⊢ (𝐹 ∈ (𝐵 ↑m 𝐴) → (∀𝑓 ¬ 𝑓:𝐴–1-1→𝐵 → ¬ 𝐹:𝐴–1-1→𝐵))
29	25, 28	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (∀𝑓 ¬ 𝑓:𝐴–1-1→𝐵 → ¬ 𝐹:𝐴–1-1→𝐵))
30	24, 29	mpd 15	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ¬ 𝐹:𝐴–1-1→𝐵)
31		dff13 7232	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐹:𝐴–1-1→𝐵 ↔ (𝐹:𝐴⟶𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) → 𝑥 = 𝑦)))
32		iman 401	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) → 𝑥 = 𝑦) ↔ ¬ ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ ¬ 𝑥 = 𝑦))
33		df-ne 2927	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑥 ≠ 𝑦 ↔ ¬ 𝑥 = 𝑦)
34	33	anbi2i 623	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦) ↔ ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ ¬ 𝑥 = 𝑦))
35	32, 34	xchbinxr 335	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) → 𝑥 = 𝑦) ↔ ¬ ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦))
36	35	2ralbii 3109	. . . . . . . . . 10 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) → 𝑥 = 𝑦) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦))
37		ralnex2 3114	. . . . . . . . . 10 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦) ↔ ¬ ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦))
38	36, 37	bitri 275	. . . . . . . . 9 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) → 𝑥 = 𝑦) ↔ ¬ ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦))
39	38	anbi2i 623	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐹:𝐴⟶𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) → 𝑥 = 𝑦)) ↔ (𝐹:𝐴⟶𝐵 ∧ ¬ ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦)))
40	31, 39	bitri 275	. . . . . . 7 ⊢ (𝐹:𝐴–1-1→𝐵 ↔ (𝐹:𝐴⟶𝐵 ∧ ¬ ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦)))
41	40	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐹:𝐴–1-1→𝐵 ↔ (𝐹:𝐴⟶𝐵 ∧ ¬ ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦))))
42	41	notbid 318	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (¬ 𝐹:𝐴–1-1→𝐵 ↔ ¬ (𝐹:𝐴⟶𝐵 ∧ ¬ ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦))))
43	42	biimpd 229	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (¬ 𝐹:𝐴–1-1→𝐵 → ¬ (𝐹:𝐴⟶𝐵 ∧ ¬ ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦))))
44	30, 43	mpd 15	. . 3 ⊢ (𝜑 → ¬ (𝐹:𝐴⟶𝐵 ∧ ¬ ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦)))
45	1, 44	mpnanrd 409	. 2 ⊢ (𝜑 → ¬ ¬ ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦))
46	45	notnotrd 133	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐴 ((𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395  ∀wal 1538   = wceq 1540  ∃wex 1779   ∈ wcel 2109   ≠ wne 2926  ∀wral 3045  ∃wrex 3054   class class class wbr 5110  ⟶wf 6510  –1-1→wf1 6511  ‘cfv 6514  (class class class)co 7390   ↑_m cmap 8802   ≼ cdom 8919  Fincfn 8921   < clt 11215   ≤ cle 11216  ℕ₀cn0 12449  ♯chash 14302

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2702  ax-sep 5254  ax-nul 5264  ax-pow 5323  ax-pr 5390  ax-un 7714  ax-cnex 11131  ax-resscn 11132  ax-1cn 11133  ax-icn 11134  ax-addcl 11135  ax-addrcl 11136  ax-mulcl 11137  ax-mulrcl 11138  ax-mulcom 11139  ax-addass 11140  ax-mulass 11141  ax-distr 11142  ax-i2m1 11143  ax-1ne0 11144  ax-1rid 11145  ax-rnegex 11146  ax-rrecex 11147  ax-cnre 11148  ax-pre-lttri 11149  ax-pre-lttrn 11150  ax-pre-ltadd 11151  ax-pre-mulgt0 11152

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2534  df-eu 2563  df-clab 2709  df-cleq 2722  df-clel 2804  df-nfc 2879  df-ne 2927  df-nel 3031  df-ral 3046  df-rex 3055  df-reu 3357  df-rab 3409  df-v 3452  df-sbc 3757  df-csb 3866  df-dif 3920  df-un 3922  df-in 3924  df-ss 3934  df-pss 3937  df-nul 4300  df-if 4492  df-pw 4568  df-sn 4593  df-pr 4595  df-op 4599  df-uni 4875  df-int 4914  df-iun 4960  df-br 5111  df-opab 5173  df-mpt 5192  df-tr 5218  df-id 5536  df-eprel 5541  df-po 5549  df-so 5550  df-fr 5594  df-we 5596  df-xp 5647  df-rel 5648  df-cnv 5649  df-co 5650  df-dm 5651  df-rn 5652  df-res 5653  df-ima 5654  df-pred 6277  df-ord 6338  df-on 6339  df-lim 6340  df-suc 6341  df-iota 6467  df-fun 6516  df-fn 6517  df-f 6518  df-f1 6519  df-fo 6520  df-f1o 6521  df-fv 6522  df-riota 7347  df-ov 7393  df-oprab 7394  df-mpo 7395  df-om 7846  df-1st 7971  df-2nd 7972  df-frecs 8263  df-wrecs 8294  df-recs 8343  df-rdg 8381  df-1o 8437  df-oadd 8441  df-er 8674  df-map 8804  df-en 8922  df-dom 8923  df-sdom 8924  df-fin 8925  df-card 9899  df-pnf 11217  df-mnf 11218  df-xr 11219  df-ltxr 11220  df-le 11221  df-sub 11414  df-neg 11415  df-nn 12194  df-n0 12450  df-xnn0 12523  df-z 12537  df-uz 12801  df-fz 13476  df-hash 14303

This theorem is referenced by:  hashnexinjle  42124