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

Theorem vdw 16320
 Description: Van der Waerden's theorem. For any finite coloring 𝑅 and integer 𝐾, there is an 𝑁 such that every coloring function from 1...𝑁 to 𝑅 contains a monochromatic arithmetic progression (which written out in full means that there is a color 𝑐 and base, increment values 𝑎, 𝑑 such that all the numbers 𝑎, 𝑎 + 𝑑, ..., 𝑎 + (𝑘 − 1)𝑑 lie in the preimage of {𝑐}, i.e. they are all in 1...𝑁 and 𝑓 evaluated at each one yields 𝑐). (Contributed by Mario Carneiro, 13-Sep-2014.)
Assertion
Ref Expression
vdw ((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → ∃𝑛 ∈ ℕ ∀𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛))∃𝑐𝑅𝑎 ∈ ℕ ∃𝑑 ∈ ℕ ∀𝑚 ∈ (0...(𝐾 − 1))(𝑎 + (𝑚 · 𝑑)) ∈ (𝑓 “ {𝑐}))
Distinct variable groups:   𝑎,𝑐,𝑑,𝑓,𝑚,𝑛,𝐾   𝑅,𝑎,𝑐,𝑑,𝑓,𝑛
Allowed substitution hint:   𝑅(𝑚)

Proof of Theorem vdw
StepHypRef Expression
1 simpl 486 . . 3 ((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → 𝑅 ∈ Fin)
2 simpr 488 . . 3 ((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → 𝐾 ∈ ℕ0)
31, 2vdwlem13 16319 . 2 ((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → ∃𝑛 ∈ ℕ ∀𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛))𝐾 MonoAP 𝑓)
4 ovex 7168 . . . . 5 (1...𝑛) ∈ V
5 simpllr 775 . . . . 5 ((((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛))) → 𝐾 ∈ ℕ0)
6 simpll 766 . . . . . . 7 (((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝑅 ∈ Fin)
7 elmapg 8402 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ Fin ∧ (1...𝑛) ∈ V) → (𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛)) ↔ 𝑓:(1...𝑛)⟶𝑅))
86, 4, 7sylancl 589 . . . . . 6 (((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛)) ↔ 𝑓:(1...𝑛)⟶𝑅))
98biimpa 480 . . . . 5 ((((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛))) → 𝑓:(1...𝑛)⟶𝑅)
10 simplr 768 . . . . . . 7 ((((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛))) → 𝑛 ∈ ℕ)
11 nnuz 12269 . . . . . . 7 ℕ = (ℤ‘1)
1210, 11eleqtrdi 2900 . . . . . 6 ((((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛))) → 𝑛 ∈ (ℤ‘1))
13 eluzfz1 12909 . . . . . 6 (𝑛 ∈ (ℤ‘1) → 1 ∈ (1...𝑛))
1412, 13syl 17 . . . . 5 ((((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛))) → 1 ∈ (1...𝑛))
154, 5, 9, 14vdwmc2 16305 . . . 4 ((((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛))) → (𝐾 MonoAP 𝑓 ↔ ∃𝑐𝑅𝑎 ∈ ℕ ∃𝑑 ∈ ℕ ∀𝑚 ∈ (0...(𝐾 − 1))(𝑎 + (𝑚 · 𝑑)) ∈ (𝑓 “ {𝑐})))
1615ralbidva 3161 . . 3 (((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (∀𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛))𝐾 MonoAP 𝑓 ↔ ∀𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛))∃𝑐𝑅𝑎 ∈ ℕ ∃𝑑 ∈ ℕ ∀𝑚 ∈ (0...(𝐾 − 1))(𝑎 + (𝑚 · 𝑑)) ∈ (𝑓 “ {𝑐})))
1716rexbidva 3255 . 2 ((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → (∃𝑛 ∈ ℕ ∀𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛))𝐾 MonoAP 𝑓 ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ ∀𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛))∃𝑐𝑅𝑎 ∈ ℕ ∃𝑑 ∈ ℕ ∀𝑚 ∈ (0...(𝐾 − 1))(𝑎 + (𝑚 · 𝑑)) ∈ (𝑓 “ {𝑐})))
183, 17mpbid 235 1 ((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → ∃𝑛 ∈ ℕ ∀𝑓 ∈ (𝑅m (1...𝑛))∃𝑐𝑅𝑎 ∈ ℕ ∃𝑑 ∈ ℕ ∀𝑚 ∈ (0...(𝐾 − 1))(𝑎 + (𝑚 · 𝑑)) ∈ (𝑓 “ {𝑐}))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   ∈ wcel 2111  ∀wral 3106  ∃wrex 3107  Vcvv 3441  {csn 4525   class class class wbr 5030  ◡ccnv 5518   “ cima 5522  ⟶wf 6320  ‘cfv 6324  (class class class)co 7135   ↑m cmap 8389  Fincfn 8492  0cc0 10526  1c1 10527   + caddc 10529   · cmul 10531   − cmin 10859  ℕcn 11625  ℕ0cn0 11885  ℤ≥cuz 12231  ...cfz 12885   MonoAP cvdwm 16292 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 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2770  ax-rep 5154  ax-sep 5167  ax-nul 5174  ax-pow 5231  ax-pr 5295  ax-un 7441  ax-cnex 10582  ax-resscn 10583  ax-1cn 10584  ax-icn 10585  ax-addcl 10586  ax-addrcl 10587  ax-mulcl 10588  ax-mulrcl 10589  ax-mulcom 10590  ax-addass 10591  ax-mulass 10592  ax-distr 10593  ax-i2m1 10594  ax-1ne0 10595  ax-1rid 10596  ax-rnegex 10597  ax-rrecex 10598  ax-cnre 10599  ax-pre-lttri 10600  ax-pre-lttrn 10601  ax-pre-ltadd 10602  ax-pre-mulgt0 10603 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 2070  df-mo 2598  df-eu 2629  df-clab 2777  df-cleq 2791  df-clel 2870  df-nfc 2938  df-ne 2988  df-nel 3092  df-ral 3111  df-rex 3112  df-reu 3113  df-rab 3115  df-v 3443  df-sbc 3721  df-csb 3829  df-dif 3884  df-un 3886  df-in 3888  df-ss 3898  df-pss 3900  df-nul 4244  df-if 4426  df-pw 4499  df-sn 4526  df-pr 4528  df-tp 4530  df-op 4532  df-uni 4801  df-int 4839  df-iun 4883  df-br 5031  df-opab 5093  df-mpt 5111  df-tr 5137  df-id 5425  df-eprel 5430  df-po 5438  df-so 5439  df-fr 5478  df-we 5480  df-xp 5525  df-rel 5526  df-cnv 5527  df-co 5528  df-dm 5529  df-rn 5530  df-res 5531  df-ima 5532  df-pred 6116  df-ord 6162  df-on 6163  df-lim 6164  df-suc 6165  df-iota 6283  df-fun 6326  df-fn 6327  df-f 6328  df-f1 6329  df-fo 6330  df-f1o 6331  df-fv 6332  df-riota 7093  df-ov 7138  df-oprab 7139  df-mpo 7140  df-om 7561  df-1st 7671  df-2nd 7672  df-wrecs 7930  df-recs 7991  df-rdg 8029  df-1o 8085  df-2o 8086  df-oadd 8089  df-er 8272  df-map 8391  df-pm 8392  df-en 8493  df-dom 8494  df-sdom 8495  df-fin 8496  df-dju 9314  df-card 9352  df-pnf 10666  df-mnf 10667  df-xr 10668  df-ltxr 10669  df-le 10670  df-sub 10861  df-neg 10862  df-nn 11626  df-2 11688  df-n0 11886  df-xnn0 11956  df-z 11970  df-uz 12232  df-rp 12378  df-fz 12886  df-hash 13687  df-vdwap 16294  df-vdwmc 16295  df-vdwpc 16296 This theorem is referenced by:  vdwnnlem1  16321
 Copyright terms: Public domain W3C validator