Theorem ramub1 17075

Description: Inductive step for Ramsey's theorem, in the form of an explicit upper bound. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Apr-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
ramub1.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
ramub1.r	⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ Fin)
ramub1.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑅⟶ℕ)
ramub1.g	⊢ 𝐺 = (𝑥 ∈ 𝑅 ↦ (𝑀 Ramsey (𝑦 ∈ 𝑅 ↦ if(𝑦 = 𝑥, ((𝐹‘𝑥) − 1), (𝐹‘𝑦)))))
ramub1.1	⊢ (𝜑 → 𝐺:𝑅⟶ℕ0)
ramub1.2	⊢ (𝜑 → ((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) ∈ ℕ0)

Assertion

Ref	Expression
ramub1	⊢ (𝜑 → (𝑀 Ramsey 𝐹) ≤ (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐹   𝑥,𝑀,𝑦   𝑥,𝐺,𝑦   𝑥,𝑅,𝑦   𝜑,𝑥,𝑦

Proof of Theorem ramub1

Dummy variables 𝑢 𝑐 𝑓 𝑠 𝑣 𝑤 𝑧 𝑎 𝑏 𝑖 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqid 2740	. 2 ⊢ (𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖}) = (𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})
2		ramub1.m	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
3	2	nnnn0d 12613	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ0)
4		ramub1.r	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ Fin)
5		ramub1.f	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑅⟶ℕ)
6		nnssnn0 12556	. . 3 ⊢ ℕ ⊆ ℕ0
7		fss 6763	. . 3 ⊢ ((𝐹:𝑅⟶ℕ ∧ ℕ ⊆ ℕ0) → 𝐹:𝑅⟶ℕ0)
8	5, 6, 7	sylancl 585	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑅⟶ℕ0)
9		ramub1.2	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) ∈ ℕ0)
10		peano2nn0 12593	. . 3 ⊢ (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) ∈ ℕ0 → (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∈ ℕ0)
11	9, 10	syl 17	. 2 ⊢ (𝜑 → (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∈ ℕ0)
12		simprl 770	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅)) → (♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1))
13	9	adantr 480	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅)) → ((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) ∈ ℕ0)
14		nn0p1nn 12592	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) ∈ ℕ0 → (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∈ ℕ)
15	13, 14	syl 17	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅)) → (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∈ ℕ)
16	12, 15	eqeltrd 2844	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅)) → (♯‘𝑠) ∈ ℕ)
17	16	nnnn0d 12613	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅)) → (♯‘𝑠) ∈ ℕ0)
18		hashclb 14407	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑠 ∈ V → (𝑠 ∈ Fin ↔ (♯‘𝑠) ∈ ℕ0))
19	18	elv 3493	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 ∈ Fin ↔ (♯‘𝑠) ∈ ℕ0)
20	17, 19	sylibr 234	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅)) → 𝑠 ∈ Fin)
21		hashnncl 14415	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 ∈ Fin → ((♯‘𝑠) ∈ ℕ ↔ 𝑠 ≠ ∅))
22	20, 21	syl 17	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅)) → ((♯‘𝑠) ∈ ℕ ↔ 𝑠 ≠ ∅))
23	16, 22	mpbid 232	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅)) → 𝑠 ≠ ∅)
24		n0 4376	. . . 4 ⊢ (𝑠 ≠ ∅ ↔ ∃𝑤 𝑤 ∈ 𝑠)
25	23, 24	sylib 218	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅)) → ∃𝑤 𝑤 ∈ 𝑠)
26	2	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅) ∧ 𝑤 ∈ 𝑠)) → 𝑀 ∈ ℕ)
27	4	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅) ∧ 𝑤 ∈ 𝑠)) → 𝑅 ∈ Fin)
28	5	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅) ∧ 𝑤 ∈ 𝑠)) → 𝐹:𝑅⟶ℕ)
29		ramub1.g	. . . . . 6 ⊢ 𝐺 = (𝑥 ∈ 𝑅 ↦ (𝑀 Ramsey (𝑦 ∈ 𝑅 ↦ if(𝑦 = 𝑥, ((𝐹‘𝑥) − 1), (𝐹‘𝑦)))))
30		ramub1.1	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐺:𝑅⟶ℕ0)
31	30	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅) ∧ 𝑤 ∈ 𝑠)) → 𝐺:𝑅⟶ℕ0)
32	9	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅) ∧ 𝑤 ∈ 𝑠)) → ((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) ∈ ℕ0)
33	20	adantrr 716	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅) ∧ 𝑤 ∈ 𝑠)) → 𝑠 ∈ Fin)
34		simprll 778	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅) ∧ 𝑤 ∈ 𝑠)) → (♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1))
35		simprlr 779	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅) ∧ 𝑤 ∈ 𝑠)) → 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅)
36		simprr 772	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅) ∧ 𝑤 ∈ 𝑠)) → 𝑤 ∈ 𝑠)
37		uneq1 4184	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑣 = 𝑢 → (𝑣 ∪ {𝑤}) = (𝑢 ∪ {𝑤}))
38	37	fveq2d 6924	. . . . . . 7 ⊢ (𝑣 = 𝑢 → (𝑓‘(𝑣 ∪ {𝑤})) = (𝑓‘(𝑢 ∪ {𝑤})))
39	38	cbvmptv 5279	. . . . . 6 ⊢ (𝑣 ∈ ((𝑠 ∖ {𝑤})(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})(𝑀 − 1)) ↦ (𝑓‘(𝑣 ∪ {𝑤}))) = (𝑢 ∈ ((𝑠 ∖ {𝑤})(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})(𝑀 − 1)) ↦ (𝑓‘(𝑢 ∪ {𝑤})))
40	26, 27, 28, 29, 31, 32, 1, 33, 34, 35, 36, 39	ramub1lem2 17074	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅) ∧ 𝑤 ∈ 𝑠)) → ∃𝑐 ∈ 𝑅 ∃𝑧 ∈ 𝒫 𝑠((𝐹‘𝑐) ≤ (♯‘𝑧) ∧ (𝑧(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀) ⊆ (◡𝑓 “ {𝑐})))
41	40	expr 456	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅)) → (𝑤 ∈ 𝑠 → ∃𝑐 ∈ 𝑅 ∃𝑧 ∈ 𝒫 𝑠((𝐹‘𝑐) ≤ (♯‘𝑧) ∧ (𝑧(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀) ⊆ (◡𝑓 “ {𝑐}))))
42	41	exlimdv 1932	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅)) → (∃𝑤 𝑤 ∈ 𝑠 → ∃𝑐 ∈ 𝑅 ∃𝑧 ∈ 𝒫 𝑠((𝐹‘𝑐) ≤ (♯‘𝑧) ∧ (𝑧(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀) ⊆ (◡𝑓 “ {𝑐}))))
43	25, 42	mpd 15	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ ((♯‘𝑠) = (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1) ∧ 𝑓:(𝑠(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀)⟶𝑅)) → ∃𝑐 ∈ 𝑅 ∃𝑧 ∈ 𝒫 𝑠((𝐹‘𝑐) ≤ (♯‘𝑧) ∧ (𝑧(𝑎 ∈ V, 𝑖 ∈ ℕ0 ↦ {𝑏 ∈ 𝒫 𝑎 ∣ (♯‘𝑏) = 𝑖})𝑀) ⊆ (◡𝑓 “ {𝑐})))
44	1, 3, 4, 8, 11, 43	ramub2 17061	1 ⊢ (𝜑 → (𝑀 Ramsey 𝐹) ≤ (((𝑀 − 1) Ramsey 𝐺) + 1))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1537  ∃wex 1777   ∈ wcel 2108   ≠ wne 2946  ∃wrex 3076  {crab 3443  Vcvv 3488   ∖ cdif 3973   ∪ cun 3974   ⊆ wss 3976  ∅c0 4352  ifcif 4548  𝒫 cpw 4622  {csn 4648   class class class wbr 5166   ↦ cmpt 5249  ^◡ccnv 5699   “ cima 5703  ⟶wf 6569  ‘cfv 6573  (class class class)co 7448   ∈ cmpo 7450  Fincfn 9003  1c1 11185   + caddc 11187   ≤ cle 11325   − cmin 11520  ℕcn 12293  ℕ₀cn0 12553  ♯chash 14379   Ramsey cram 17046

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-rep 5303  ax-sep 5317  ax-nul 5324  ax-pow 5383  ax-pr 5447  ax-un 7770  ax-cnex 11240  ax-resscn 11241  ax-1cn 11242  ax-icn 11243  ax-addcl 11244  ax-addrcl 11245  ax-mulcl 11246  ax-mulrcl 11247  ax-mulcom 11248  ax-addass 11249  ax-mulass 11250  ax-distr 11251  ax-i2m1 11252  ax-1ne0 11253  ax-1rid 11254  ax-rnegex 11255  ax-rrecex 11256  ax-cnre 11257  ax-pre-lttri 11258  ax-pre-lttrn 11259  ax-pre-ltadd 11260  ax-pre-mulgt0 11261

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-nel 3053  df-ral 3068  df-rex 3077  df-rmo 3388  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-int 4971  df-iun 5017  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-pred 6332  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-riota 7404  df-ov 7451  df-oprab 7452  df-mpo 7453  df-om 7904  df-1st 8030  df-2nd 8031  df-frecs 8322  df-wrecs 8353  df-recs 8427  df-rdg 8466  df-1o 8522  df-oadd 8526  df-er 8763  df-map 8886  df-en 9004  df-dom 9005  df-sdom 9006  df-fin 9007  df-sup 9511  df-inf 9512  df-dju 9970  df-card 10008  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11522  df-neg 11523  df-nn 12294  df-n0 12554  df-xnn0 12626  df-z 12640  df-uz 12904  df-fz 13568  df-hash 14380  df-ram 17048

This theorem is referenced by:  ramcl  17076