Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  php3 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem php3 8679
 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.)
Assertion
Ref Expression
php3 ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐵𝐴) → 𝐵𝐴)

Proof of Theorem php3
Dummy variables 𝑥 𝑓 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 isfi 8508 . . 3 (𝐴 ∈ Fin ↔ ∃𝑥 ∈ ω 𝐴𝑥)
2 relen 8489 . . . . . . . . 9 Rel ≈
32brrelex1i 5581 . . . . . . . 8 (𝐴𝑥𝐴 ∈ V)
4 pssss 4048 . . . . . . . 8 (𝐵𝐴𝐵𝐴)
5 ssdomg 8530 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ V → (𝐵𝐴𝐵𝐴))
65imp 410 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ V ∧ 𝐵𝐴) → 𝐵𝐴)
73, 4, 6syl2an 598 . . . . . . 7 ((𝐴𝑥𝐵𝐴) → 𝐵𝐴)
87adantll 713 . . . . . 6 (((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐴𝑥) ∧ 𝐵𝐴) → 𝐵𝐴)
9 bren 8493 . . . . . . . . 9 (𝐴𝑥 ↔ ∃𝑓 𝑓:𝐴1-1-onto𝑥)
10 imass2 5938 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝐵𝐴 → (𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴))
114, 10syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐵𝐴 → (𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴))
1211adantl 485 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴))
13 pssnel 4393 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝐵𝐴 → ∃𝑦(𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵))
14 eldif 3920 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) ↔ (𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵))
15 f1ofn 6589 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝑓 Fn 𝐴)
16 difss 4084 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝐴𝐵) ⊆ 𝐴
17 fnfvima 6969 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝑓 Fn 𝐴 ∧ (𝐴𝐵) ⊆ 𝐴𝑦 ∈ (𝐴𝐵)) → (𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵)))
18173expia 1118 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑓 Fn 𝐴 ∧ (𝐴𝐵) ⊆ 𝐴) → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵))))
1915, 16, 18sylancl 589 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵))))
20 dff1o3 6594 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 ↔ (𝑓:𝐴onto𝑥 ∧ Fun 𝑓))
21 imadif 6411 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (Fun 𝑓 → (𝑓 “ (𝐴𝐵)) = ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)))
2220, 21simplbiim 508 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑓 “ (𝐴𝐵)) = ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)))
2322eleq2d 2897 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → ((𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵)) ↔ (𝑓𝑦) ∈ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵))))
2419, 23sylibd 242 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑓𝑦) ∈ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵))))
25 n0i 4272 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑓𝑦) ∈ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
2624, 25syl6 35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅))
2714, 26syl5bir 246 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → ((𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅))
2827exlimdv 1935 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (∃𝑦(𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅))
2928imp 410 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 ∧ ∃𝑦(𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵)) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
3013, 29sylan2 595 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
31 ssdif0 4296 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑓𝐴) ⊆ (𝑓𝐵) ↔ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
3230, 31sylnibr 332 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → ¬ (𝑓𝐴) ⊆ (𝑓𝐵))
33 dfpss3 4039 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴) ↔ ((𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴) ∧ ¬ (𝑓𝐴) ⊆ (𝑓𝐵)))
3412, 32, 33sylanbrc 586 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴))
35 imadmrn 5912 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑓 “ dom 𝑓) = ran 𝑓
36 f1odm 6592 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → dom 𝑓 = 𝐴)
3736imaeq2d 5902 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑓 “ dom 𝑓) = (𝑓𝐴))
38 f1ofo 6595 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝑓:𝐴onto𝑥)
39 forn 6566 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑓:𝐴onto𝑥 → ran 𝑓 = 𝑥)
4038, 39syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → ran 𝑓 = 𝑥)
4135, 37, 403eqtr3a 2880 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑓𝐴) = 𝑥)
4241psseq2d 4046 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → ((𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴) ↔ (𝑓𝐵) ⊊ 𝑥))
4342adantr 484 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → ((𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴) ↔ (𝑓𝐵) ⊊ 𝑥))
4434, 43mpbid 235 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵) ⊊ 𝑥)
45 php 8677 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓𝐵) ⊊ 𝑥) → ¬ 𝑥 ≈ (𝑓𝐵))
4644, 45sylan2 595 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴)) → ¬ 𝑥 ≈ (𝑓𝐵))
47 f1of1 6587 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝑓:𝐴1-1𝑥)
48 f1ores 6602 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑓:𝐴1-1𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
4947, 4, 48syl2an 598 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
50 vex 3474 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 𝑓 ∈ V
5150resex 5872 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑓𝐵) ∈ V
52 f1oeq1 6577 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑦 = (𝑓𝐵) → (𝑦:𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵) ↔ (𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵)))
5351, 52spcev 3584 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵) → ∃𝑦 𝑦:𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
54 bren 8493 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐵 ≈ (𝑓𝐵) ↔ ∃𝑦 𝑦:𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
5553, 54sylibr 237 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵) → 𝐵 ≈ (𝑓𝐵))
5649, 55syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → 𝐵 ≈ (𝑓𝐵))
57 entr 8536 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥𝐵𝐵 ≈ (𝑓𝐵)) → 𝑥 ≈ (𝑓𝐵))
5857expcom 417 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐵 ≈ (𝑓𝐵) → (𝑥𝐵𝑥 ≈ (𝑓𝐵)))
5956, 58syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑥𝐵𝑥 ≈ (𝑓𝐵)))
6059adantl 485 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴)) → (𝑥𝐵𝑥 ≈ (𝑓𝐵)))
6146, 60mtod 201 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴)) → ¬ 𝑥𝐵)
6261exp32 424 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ω → (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝐵𝐴 → ¬ 𝑥𝐵)))
6362exlimdv 1935 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ω → (∃𝑓 𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝐵𝐴 → ¬ 𝑥𝐵)))
649, 63syl5bi 245 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ω → (𝐴𝑥 → (𝐵𝐴 → ¬ 𝑥𝐵)))
6564imp31 421 . . . . . . 7 (((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐴𝑥) ∧ 𝐵𝐴) → ¬ 𝑥𝐵)
66 entr 8536 . . . . . . . . . 10 ((𝐵𝐴𝐴𝑥) → 𝐵𝑥)
6766ex 416 . . . . . . . . 9 (𝐵𝐴 → (𝐴𝑥𝐵𝑥))
68 ensym 8533 . . . . . . . . 9 (𝐵𝑥𝑥𝐵)
6967, 68syl6com 37 . . . . . . . 8 (𝐴𝑥 → (𝐵𝐴𝑥𝐵))
7069ad2antlr 726 . . . . . . 7 (((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐴𝑥) ∧ 𝐵𝐴) → (𝐵𝐴𝑥𝐵))
7165, 70mtod 201 . . . . . 6 (((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐴𝑥) ∧ 𝐵𝐴) → ¬ 𝐵𝐴)
72 brsdom 8507 . . . . . 6 (𝐵𝐴 ↔ (𝐵𝐴 ∧ ¬ 𝐵𝐴))
738, 71, 72sylanbrc 586 . . . . 5 (((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐴𝑥) ∧ 𝐵𝐴) → 𝐵𝐴)
7473exp31 423 . . . 4 (𝑥 ∈ ω → (𝐴𝑥 → (𝐵𝐴𝐵𝐴)))
7574rexlimiv 3266 . . 3 (∃𝑥 ∈ ω 𝐴𝑥 → (𝐵𝐴𝐵𝐴))
761, 75sylbi 220 . 2 (𝐴 ∈ Fin → (𝐵𝐴𝐵𝐴))
7776imp 410 1 ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐵𝐴) → 𝐵𝐴)
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   = wceq 1538  ∃wex 1781   ∈ wcel 2115  ∃wrex 3127  Vcvv 3471   ∖ cdif 3907   ⊆ wss 3910   ⊊ wpss 3911  ∅c0 4266   class class class wbr 5039  ◡ccnv 5527  dom cdm 5528  ran crn 5529   ↾ cres 5530   “ cima 5531  Fun wfun 6322   Fn wfn 6323  –1-1→wf1 6325  –onto→wfo 6326  –1-1-onto→wf1o 6327  ‘cfv 6328  ωcom 7555   ≈ cen 8481   ≼ cdom 8482   ≺ csdm 8483  Fincfn 8484 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 1971  ax-7 2016  ax-8 2117  ax-9 2125  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2178  ax-ext 2793  ax-sep 5176  ax-nul 5183  ax-pow 5239  ax-pr 5303  ax-un 7436 This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2071  df-mo 2623  df-eu 2654  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2892  df-nfc 2960  df-ne 3008  df-ral 3131  df-rex 3132  df-rab 3135  df-v 3473  df-sbc 3750  df-dif 3913  df-un 3915  df-in 3917  df-ss 3927  df-pss 3929  df-nul 4267  df-if 4441  df-pw 4514  df-sn 4541  df-pr 4543  df-tp 4545  df-op 4547  df-uni 4812  df-br 5040  df-opab 5102  df-tr 5146  df-id 5433  df-eprel 5438  df-po 5447  df-so 5448  df-fr 5487  df-we 5489  df-xp 5534  df-rel 5535  df-cnv 5536  df-co 5537  df-dm 5538  df-rn 5539  df-res 5540  df-ima 5541  df-ord 6167  df-on 6168  df-lim 6169  df-suc 6170  df-iota 6287  df-fun 6330  df-fn 6331  df-f 6332  df-f1 6333  df-fo 6334  df-f1o 6335  df-fv 6336  df-om 7556  df-er 8264  df-en 8485  df-dom 8486  df-sdom 8487  df-fin 8488 This theorem is referenced by:  phpeqd  8682  pssinf  8704  f1finf1o  8721  findcard3  8737  fofinf1o  8775  ackbij1b  9638  fincssdom  9722  fin23lem25  9723  canthp1lem2  10052  pwfseqlem4  10061  uzindi  13333  symggen  18576  pgpssslw  18717  pgpfaclem2  19182  ppiltx  25740  finminlem  33673  lindsenlbs  34930
 Copyright terms: Public domain W3C validator