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Theorem php3 9275
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 5383. (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 9036 . . 3 (𝐴 ∈ Fin ↔ ∃𝑥 ∈ ω 𝐴𝑥)
2 bren 9013 . . . . . 6 (𝐴𝑥 ↔ ∃𝑓 𝑓:𝐴1-1-onto𝑥)
3 pssss 4121 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐵𝐴𝐵𝐴)
4 imass2 6132 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐵𝐴 → (𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴))
53, 4syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐵𝐴 → (𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴))
65adantl 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴))
7 pssnel 4494 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐵𝐴 → ∃𝑦(𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵))
8 eldif 3986 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) ↔ (𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵))
9 f1ofn 6863 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝑓 Fn 𝐴)
10 difss 4159 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝐴𝐵) ⊆ 𝐴
11 fnfvima 7270 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑓 Fn 𝐴 ∧ (𝐴𝐵) ⊆ 𝐴𝑦 ∈ (𝐴𝐵)) → (𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵)))
12113expia 1121 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑓 Fn 𝐴 ∧ (𝐴𝐵) ⊆ 𝐴) → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵))))
139, 10, 12sylancl 585 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵))))
14 dff1o3 6868 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 ↔ (𝑓:𝐴onto𝑥 ∧ Fun 𝑓))
15 imadif 6662 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (Fun 𝑓 → (𝑓 “ (𝐴𝐵)) = ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)))
1614, 15simplbiim 504 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑓 “ (𝐴𝐵)) = ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)))
1716eleq2d 2830 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 4363 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 1932 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (∃𝑦(𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅))
2322imp 406 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 ∧ ∃𝑦(𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵)) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
247, 23sylan2 592 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
25 ssdif0 4389 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑓𝐴) ⊆ (𝑓𝐵) ↔ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
2624, 25sylnibr 329 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → ¬ (𝑓𝐴) ⊆ (𝑓𝐵))
27 dfpss3 4112 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴) ↔ ((𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴) ∧ ¬ (𝑓𝐴) ⊆ (𝑓𝐵)))
286, 26, 27sylanbrc 582 . . . . . . . . . . 11 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴))
29 imadmrn 6099 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑓 “ dom 𝑓) = ran 𝑓
30 f1odm 6866 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → dom 𝑓 = 𝐴)
3130imaeq2d 6089 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑓 “ dom 𝑓) = (𝑓𝐴))
32 f1ofo 6869 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝑓:𝐴onto𝑥)
33 forn 6837 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑓:𝐴onto𝑥 → ran 𝑓 = 𝑥)
3432, 33syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → ran 𝑓 = 𝑥)
3529, 31, 343eqtr3a 2804 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑓𝐴) = 𝑥)
3635psseq2d 4119 . . . . . . . . . . . 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 9274 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓𝐵) ⊊ 𝑥) → (𝑓𝐵) ≺ 𝑥)
4038, 39sylan2 592 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴)) → (𝑓𝐵) ≺ 𝑥)
41 nnfi 9233 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ω → 𝑥 ∈ Fin)
42 f1of1 6861 . . . . . . . . . . . 12 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝑓:𝐴1-1𝑥)
43 f1ores 6876 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑓:𝐴1-1𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
4442, 3, 43syl2an 595 . . . . . . . . . . 11 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
45 vex 3492 . . . . . . . . . . . . . 14 𝑓 ∈ V
4645resex 6058 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑓𝐵) ∈ V
47 f1oeq1 6850 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 = (𝑓𝐵) → (𝑦:𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵) ↔ (𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵)))
4846, 47spcev 3619 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵) → ∃𝑦 𝑦:𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
49 bren 9013 . . . . . . . . . . . 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 9039 . . . . . . . . . . . 12 (𝐵 ≈ (𝑓𝐵) → 𝐵 ≼ (𝑓𝐵))
53 sdomdom 9040 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑓𝐵) ≺ 𝑥 → (𝑓𝐵) ≼ 𝑥)
54 domfi 9255 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ Fin ∧ (𝑓𝐵) ≼ 𝑥) → (𝑓𝐵) ∈ Fin)
5553, 54sylan2 592 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ Fin ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → (𝑓𝐵) ∈ Fin)
56553adant2 1131 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≼ (𝑓𝐵) ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → (𝑓𝐵) ∈ Fin)
57 domfi 9255 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑓𝐵) ∈ Fin ∧ 𝐵 ≼ (𝑓𝐵)) → 𝐵 ∈ Fin)
58573adant3 1132 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑓𝐵) ∈ Fin ∧ 𝐵 ≼ (𝑓𝐵) ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → 𝐵 ∈ Fin)
59 domsdomtrfi 9268 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≼ (𝑓𝐵) ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → 𝐵𝑥)
6058, 59syld3an1 1410 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑓𝐵) ∈ Fin ∧ 𝐵 ≼ (𝑓𝐵) ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → 𝐵𝑥)
6156, 60syld3an1 1410 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≼ (𝑓𝐵) ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → 𝐵𝑥)
6252, 61syl3an2 1164 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≈ (𝑓𝐵) ∧ (𝑓𝐵) ≺ 𝑥) → 𝐵𝑥)
63623expia 1121 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≈ (𝑓𝐵)) → ((𝑓𝐵) ≺ 𝑥𝐵𝑥))
6441, 51, 63syl2an 595 . . . . . . . . 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 1932 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ω → (∃𝑓 𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝐵𝐴𝐵𝑥)))
682, 67biimtrid 242 . . . . 5 (𝑥 ∈ ω → (𝐴𝑥 → (𝐵𝐴𝐵𝑥)))
69 ensymfib 9250 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ Fin → (𝑥𝐴𝐴𝑥))
7069adantr 480 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥) → (𝑥𝐴𝐴𝑥))
7170biimp3ar 1470 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥𝐴𝑥) → 𝑥𝐴)
72 endom 9039 . . . . . . . . . 10 (𝑥𝐴𝑥𝐴)
73 sdomdom 9040 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐵𝑥𝐵𝑥)
74 domfi 9255 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥) → 𝐵 ∈ Fin)
7573, 74sylan2 592 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥) → 𝐵 ∈ Fin)
76753adant3 1132 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥𝑥𝐴) → 𝐵 ∈ Fin)
77 sdomdomtrfi 9267 . . . . . . . . . . 11 ((𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥𝑥𝐴) → 𝐵𝐴)
7876, 77syld3an1 1410 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥𝑥𝐴) → 𝐵𝐴)
7972, 78syl3an3 1165 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥𝑥𝐴) → 𝐵𝐴)
8071, 79syld3an3 1409 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ Fin ∧ 𝐵𝑥𝐴𝑥) → 𝐵𝐴)
8141, 80syl3an1 1163 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐵𝑥𝐴𝑥) → 𝐵𝐴)
82813com23 1126 . . . . . 6 ((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐴𝑥𝐵𝑥) → 𝐵𝐴)
83823exp 1119 . . . . 5 (𝑥 ∈ ω → (𝐴𝑥 → (𝐵𝑥𝐵𝐴)))
8468, 83syldd 72 . . . 4 (𝑥 ∈ ω → (𝐴𝑥 → (𝐵𝐴𝐵𝐴)))
8584rexlimiv 3154 . . 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 1537  wex 1777  wcel 2108  wrex 3076  cdif 3973  wss 3976  wpss 3977  c0 4352   class class class wbr 5166  ccnv 5699  dom cdm 5700  ran crn 5701  cres 5702  cima 5703  Fun wfun 6567   Fn wfn 6568  1-1wf1 6570  ontowfo 6571  1-1-ontowf1o 6572  cfv 6573  ωcom 7903  cen 9000  cdom 9001  csdm 9002  Fincfn 9003
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2711  ax-sep 5317  ax-nul 5324  ax-pr 5447  ax-un 7770
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2543  df-eu 2572  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2819  df-nfc 2895  df-ne 2947  df-ral 3068  df-rex 3077  df-reu 3389  df-rab 3444  df-v 3490  df-sbc 3805  df-csb 3922  df-dif 3979  df-un 3981  df-in 3983  df-ss 3993  df-pss 3996  df-nul 4353  df-if 4549  df-pw 4624  df-sn 4649  df-pr 4651  df-op 4655  df-uni 4932  df-br 5167  df-opab 5229  df-mpt 5250  df-tr 5284  df-id 5593  df-eprel 5599  df-po 5607  df-so 5608  df-fr 5652  df-we 5654  df-xp 5706  df-rel 5707  df-cnv 5708  df-co 5709  df-dm 5710  df-rn 5711  df-res 5712  df-ima 5713  df-ord 6398  df-on 6399  df-lim 6400  df-suc 6401  df-iota 6525  df-fun 6575  df-fn 6576  df-f 6577  df-f1 6578  df-fo 6579  df-f1o 6580  df-fv 6581  df-om 7904  df-1o 8522  df-en 9004  df-dom 9005  df-sdom 9006  df-fin 9007
This theorem is referenced by:  phpeqd  9278  phpeqdOLD  9288  onomeneq  9291  pssinf  9319  f1finf1o  9333  f1finf1oOLD  9334  findcard3  9346  findcard3OLD  9347  fofinf1o  9400  ackbij1b  10307  fincssdom  10392  fin23lem25  10393  canthp1lem2  10722  pwfseqlem4  10731  uzindi  14033  symggen  19512  pgpssslw  19656  pgpfaclem2  20126  ppiltx  27238  finminlem  36284  lindsenlbs  37575
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