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Theorem php3 9143
Description: Corollary of Pigeonhole Principle. If 𝐴 is finite and 𝐵 is a proper subset of 𝐴, the 𝐵 is strictly less numerous than 𝐴. Stronger version of Corollary 6C of [Enderton] p. 135. (Contributed by NM, 22-Aug-2008.) Avoid ax-pow 5307. (Revised by BTernaryTau, 26-Nov-2024.)
Assertion
Ref Expression
php3 ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐵𝐴) → 𝐵𝐴)

Proof of Theorem php3
Dummy variables 𝑓 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 isfi 8922 . . 3 (𝐴 ∈ Fin ↔ ∃𝑥 ∈ ω 𝐴𝑥)
2 bren 8903 . . . . . 6 (𝐴𝑥 ↔ ∃𝑓 𝑓:𝐴1-1-onto𝑥)
3 pssss 4038 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐵𝐴𝐵𝐴)
4 imass2 6067 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐵𝐴 → (𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴))
53, 4syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐵𝐴 → (𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴))
65adantl 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴))
7 pssnel 4411 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐵𝐴 → ∃𝑦(𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵))
8 eldif 3899 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) ↔ (𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵))
9 f1ofn 6781 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝑓 Fn 𝐴)
10 difss 4076 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝐴𝐵) ⊆ 𝐴
11 fnfvima 7188 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑓 Fn 𝐴 ∧ (𝐴𝐵) ⊆ 𝐴𝑦 ∈ (𝐴𝐵)) → (𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵)))
12113expia 1122 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑓 Fn 𝐴 ∧ (𝐴𝐵) ⊆ 𝐴) → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵))))
139, 10, 12sylancl 587 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵))))
14 dff1o3 6786 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 ↔ (𝑓:𝐴onto𝑥 ∧ Fun 𝑓))
15 imadif 6582 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (Fun 𝑓 → (𝑓 “ (𝐴𝐵)) = ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)))
1614, 15simplbiim 504 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑓 “ (𝐴𝐵)) = ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)))
1716eleq2d 2822 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → ((𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵)) ↔ (𝑓𝑦) ∈ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵))))
1813, 17sylibd 239 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑓𝑦) ∈ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵))))
19 n0i 4280 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑓𝑦) ∈ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
2018, 19syl6 35 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅))
218, 20biimtrrid 243 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → ((𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅))
2221exlimdv 1935 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (∃𝑦(𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅))
2322imp 406 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 ∧ ∃𝑦(𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵)) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
247, 23sylan2 594 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
25 ssdif0 4306 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑓𝐴) ⊆ (𝑓𝐵) ↔ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
2624, 25sylnibr 329 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → ¬ (𝑓𝐴) ⊆ (𝑓𝐵))
27 dfpss3 4029 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴) ↔ ((𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴) ∧ ¬ (𝑓𝐴) ⊆ (𝑓𝐵)))
286, 26, 27sylanbrc 584 . . . . . . . . . . 11 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴))
29 imadmrn 6035 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑓 “ dom 𝑓) = ran 𝑓
30 f1odm 6784 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → dom 𝑓 = 𝐴)
3130imaeq2d 6025 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑓 “ dom 𝑓) = (𝑓𝐴))
32 f1ofo 6787 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝑓:𝐴onto𝑥)
33 forn 6755 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑓:𝐴onto𝑥 → ran 𝑓 = 𝑥)
3432, 33syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → ran 𝑓 = 𝑥)
3529, 31, 343eqtr3a 2795 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑓𝐴) = 𝑥)
3635psseq2d 4036 . . . . . . . . . . . 12 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → ((𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴) ↔ (𝑓𝐵) ⊊ 𝑥))
3736adantr 480 . . . . . . . . . . 11 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → ((𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴) ↔ (𝑓𝐵) ⊊ 𝑥))
3828, 37mpbid 232 . . . . . . . . . 10 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵) ⊊ 𝑥)
39 php2 9142 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓𝐵) ⊊ 𝑥) → (𝑓𝐵) ≺ 𝑥)
4038, 39sylan2 594 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴)) → (𝑓𝐵) ≺ 𝑥)
41 nnfi 9102 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ω → 𝑥 ∈ Fin)
42 f1of1 6779 . . . . . . . . . . . 12 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝑓:𝐴1-1𝑥)
43 f1ores 6794 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑓:𝐴1-1𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
4442, 3, 43syl2an 597 . . . . . . . . . . 11 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
45 vex 3433 . . . . . . . . . . . . . 14 𝑓 ∈ V
4645resex 5994 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑓𝐵) ∈ V
47 f1oeq1 6768 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 = (𝑓𝐵) → (𝑦:𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵) ↔ (𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵)))
4846, 47spcev 3548 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵) → ∃𝑦 𝑦:𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
49 bren 8903 . . . . . . . . . . . 12 (𝐵 ≈ (𝑓𝐵) ↔ ∃𝑦 𝑦:𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
5048, 49sylibr 234 . . . . . . . . . . 11 ((𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵) → 𝐵 ≈ (𝑓𝐵))
5144, 50syl 17 . . . . . . . . . 10 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → 𝐵 ≈ (𝑓𝐵))
52 endom 8926 . . . . . . . . . . . 12 (𝐵 ≈ (𝑓𝐵) → 𝐵 ≼ (𝑓𝐵))
53 sdomdom 8927 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑓𝐵) ≺ 𝑥 → (𝑓𝐵) ≼ 𝑥)
54 domfi 9123 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ Fin ∧ (𝑓𝐵) ≼ 𝑥) → (𝑓𝐵) ∈ Fin)
5553, 54sylan2 594 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ Fin ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → (𝑓𝐵) ∈ Fin)
56553adant2 1132 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≼ (𝑓𝐵) ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → (𝑓𝐵) ∈ Fin)
57 domfi 9123 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑓𝐵) ∈ Fin ∧ 𝐵 ≼ (𝑓𝐵)) → 𝐵 ∈ Fin)
58573adant3 1133 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑓𝐵) ∈ Fin ∧ 𝐵 ≼ (𝑓𝐵) ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → 𝐵 ∈ Fin)
59 domsdomtrfi 9136 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≼ (𝑓𝐵) ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → 𝐵𝑥)
6058, 59syld3an1 1413 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑓𝐵) ∈ Fin ∧ 𝐵 ≼ (𝑓𝐵) ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → 𝐵𝑥)
6156, 60syld3an1 1413 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≼ (𝑓𝐵) ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → 𝐵𝑥)
6252, 61syl3an2 1165 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≈ (𝑓𝐵) ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → 𝐵𝑥)
63623expia 1122 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≈ (𝑓𝐵)) → ((𝑓𝐵) ≺ 𝑥𝐵𝑥))
6441, 51, 63syl2an 597 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴)) → ((𝑓𝐵) ≺ 𝑥𝐵𝑥))
6540, 64mpd 15 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴)) → 𝐵𝑥)
6665exp32 420 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ω → (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝐵𝐴𝐵𝑥)))
6766exlimdv 1935 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ω → (∃𝑓 𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝐵𝐴𝐵𝑥)))
682, 67biimtrid 242 . . . . 5 (𝑥 ∈ ω → (𝐴𝑥 → (𝐵𝐴𝐵𝑥)))
69 ensymfib 9118 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ Fin → (𝑥𝐴𝐴𝑥))
7069adantr 480 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥) → (𝑥𝐴𝐴𝑥))
7170biimp3ar 1473 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥𝐴𝑥) → 𝑥𝐴)
72 endom 8926 . . . . . . . . . 10 (𝑥𝐴𝑥𝐴)
73 sdomdom 8927 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐵𝑥𝐵𝑥)
74 domfi 9123 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥) → 𝐵 ∈ Fin)
7573, 74sylan2 594 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥) → 𝐵 ∈ Fin)
76753adant3 1133 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥𝑥𝐴) → 𝐵 ∈ Fin)
77 sdomdomtrfi 9135 . . . . . . . . . . 11 ((𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥𝑥𝐴) → 𝐵𝐴)
7876, 77syld3an1 1413 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥𝑥𝐴) → 𝐵𝐴)
7972, 78syl3an3 1166 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥𝑥𝐴) → 𝐵𝐴)
8071, 79syld3an3 1412 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥𝐴𝑥) → 𝐵𝐴)
8141, 80syl3an1 1164 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐵𝑥𝐴𝑥) → 𝐵𝐴)
82813com23 1127 . . . . . 6 ((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐴𝑥𝐵𝑥) → 𝐵𝐴)
83823exp 1120 . . . . 5 (𝑥 ∈ ω → (𝐴𝑥 → (𝐵𝑥𝐵𝐴)))
8468, 83syldd 72 . . . 4 (𝑥 ∈ ω → (𝐴𝑥 → (𝐵𝐴𝐵𝐴)))
8584rexlimiv 3131 . . 3 (∃𝑥 ∈ ω 𝐴𝑥 → (𝐵𝐴𝐵𝐴))
861, 85sylbi 217 . 2 (𝐴 ∈ Fin → (𝐵𝐴𝐵𝐴))
8786imp 406 1 ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐵𝐴) → 𝐵𝐴)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 206  wa 395   = wceq 1542  wex 1781  wcel 2114  wrex 3061  cdif 3886  wss 3889  wpss 3890  c0 4273   class class class wbr 5085  ccnv 5630  dom cdm 5631  ran crn 5632  cres 5633  cima 5634  Fun wfun 6492   Fn wfn 6493  1-1wf1 6495  ontowfo 6496  1-1-ontowf1o 6497  cfv 6498  ωcom 7817  cen 8890  cdom 8891  csdm 8892  Fincfn 8893
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 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2708  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pr 5375  ax-un 7689
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-ral 3052  df-rex 3062  df-reu 3343  df-rab 3390  df-v 3431  df-sbc 3729  df-csb 3838  df-dif 3892  df-un 3894  df-in 3896  df-ss 3906  df-pss 3909  df-nul 4274  df-if 4467  df-pw 4543  df-sn 4568  df-pr 4570  df-op 4574  df-uni 4851  df-br 5086  df-opab 5148  df-mpt 5167  df-tr 5193  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-ord 6326  df-on 6327  df-lim 6328  df-suc 6329  df-iota 6454  df-fun 6500  df-fn 6501  df-f 6502  df-f1 6503  df-fo 6504  df-f1o 6505  df-fv 6506  df-om 7818  df-1o 8405  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-fin 8897
This theorem is referenced by:  phpeqd  9146  onomeneq  9148  pssinf  9172  f1finf1o  9183  findcard3  9193  fofinf1o  9242  ackbij1b  10160  fincssdom  10245  fin23lem25  10246  canthp1lem2  10576  pwfseqlem4  10585  uzindi  13944  symggen  19445  pgpssslw  19589  pgpfaclem2  20059  ppiltx  27140  finminlem  36500  lindsenlbs  37936
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