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

Theorem friendship 27257
Description: The friendship theorem: In every finite (nonempty) friendship graph there is a vertex which is adjacent to all other vertices. This is Metamath 100 proof #83. (Contributed by Alexander van der Vekens, 9-Oct-2018.)
Hypothesis
Ref Expression
friendship.v 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
Assertion
Ref Expression
friendship ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺))
Distinct variable groups:   𝑣,𝐺,𝑤   𝑣,𝑉,𝑤

Proof of Theorem friendship
Dummy variables 𝑎 𝑏 𝑐 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpr1 1067 . . . 4 ((3 < (#‘𝑉) ∧ (𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin)) → 𝐺 ∈ FriendGraph )
2 simpr3 1069 . . . 4 ((3 < (#‘𝑉) ∧ (𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin)) → 𝑉 ∈ Fin)
3 simpl 473 . . . 4 ((3 < (#‘𝑉) ∧ (𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin)) → 3 < (#‘𝑉))
4 friendship.v . . . . 5 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
54friendshipgt3 27256 . . . 4 ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ∈ Fin ∧ 3 < (#‘𝑉)) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺))
61, 2, 3, 5syl3anc 1326 . . 3 ((3 < (#‘𝑉) ∧ (𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin)) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺))
76ex 450 . 2 (3 < (#‘𝑉) → ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
8 hashcl 13147 . . . . . . . . 9 (𝑉 ∈ Fin → (#‘𝑉) ∈ ℕ0)
9 simplr 792 . . . . . . . . . . 11 ((((#‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) ∧ (¬ 3 < (#‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅)) → 𝑉 ∈ Fin)
10 hashge1 13178 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑉 ≠ ∅) → 1 ≤ (#‘𝑉))
1110ad2ant2l 782 . . . . . . . . . . 11 ((((#‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) ∧ (¬ 3 < (#‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅)) → 1 ≤ (#‘𝑉))
12 nn0re 11301 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((#‘𝑉) ∈ ℕ0 → (#‘𝑉) ∈ ℝ)
13 3re 11094 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3 ∈ ℝ
14 lenlt 10116 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((#‘𝑉) ∈ ℝ ∧ 3 ∈ ℝ) → ((#‘𝑉) ≤ 3 ↔ ¬ 3 < (#‘𝑉)))
1512, 13, 14sylancl 694 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((#‘𝑉) ∈ ℕ0 → ((#‘𝑉) ≤ 3 ↔ ¬ 3 < (#‘𝑉)))
1615biimprd 238 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((#‘𝑉) ∈ ℕ0 → (¬ 3 < (#‘𝑉) → (#‘𝑉) ≤ 3))
1716adantr 481 . . . . . . . . . . . . . 14 (((#‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) → (¬ 3 < (#‘𝑉) → (#‘𝑉) ≤ 3))
1817com12 32 . . . . . . . . . . . . 13 (¬ 3 < (#‘𝑉) → (((#‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) → (#‘𝑉) ≤ 3))
1918adantr 481 . . . . . . . . . . . 12 ((¬ 3 < (#‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅) → (((#‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) → (#‘𝑉) ≤ 3))
2019impcom 446 . . . . . . . . . . 11 ((((#‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) ∧ (¬ 3 < (#‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅)) → (#‘𝑉) ≤ 3)
219, 11, 203jca 1242 . . . . . . . . . 10 ((((#‘𝑉) ∈ ℕ0𝑉 ∈ Fin) ∧ (¬ 3 < (#‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅)) → (𝑉 ∈ Fin ∧ 1 ≤ (#‘𝑉) ∧ (#‘𝑉) ≤ 3))
2221exp31 630 . . . . . . . . 9 ((#‘𝑉) ∈ ℕ0 → (𝑉 ∈ Fin → ((¬ 3 < (#‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅) → (𝑉 ∈ Fin ∧ 1 ≤ (#‘𝑉) ∧ (#‘𝑉) ≤ 3))))
238, 22mpcom 38 . . . . . . . 8 (𝑉 ∈ Fin → ((¬ 3 < (#‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅) → (𝑉 ∈ Fin ∧ 1 ≤ (#‘𝑉) ∧ (#‘𝑉) ≤ 3)))
2423impcom 446 . . . . . . 7 (((¬ 3 < (#‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅) ∧ 𝑉 ∈ Fin) → (𝑉 ∈ Fin ∧ 1 ≤ (#‘𝑉) ∧ (#‘𝑉) ≤ 3))
25 hash1to3 13273 . . . . . . 7 ((𝑉 ∈ Fin ∧ 1 ≤ (#‘𝑉) ∧ (#‘𝑉) ≤ 3) → ∃𝑎𝑏𝑐(𝑉 = {𝑎} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏, 𝑐}))
26 vex 3203 . . . . . . . . . 10 𝑎 ∈ V
27 eqid 2622 . . . . . . . . . . 11 (Edg‘𝐺) = (Edg‘𝐺)
284, 271to3vfriendship 27145 . . . . . . . . . 10 ((𝑎 ∈ V ∧ (𝑉 = {𝑎} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏, 𝑐})) → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
2926, 28mpan 706 . . . . . . . . 9 ((𝑉 = {𝑎} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏, 𝑐}) → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
3029exlimiv 1858 . . . . . . . 8 (∃𝑐(𝑉 = {𝑎} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏, 𝑐}) → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
3130exlimivv 1860 . . . . . . 7 (∃𝑎𝑏𝑐(𝑉 = {𝑎} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏} ∨ 𝑉 = {𝑎, 𝑏, 𝑐}) → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
3224, 25, 313syl 18 . . . . . 6 (((¬ 3 < (#‘𝑉) ∧ 𝑉 ≠ ∅) ∧ 𝑉 ∈ Fin) → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
3332exp31 630 . . . . 5 (¬ 3 < (#‘𝑉) → (𝑉 ≠ ∅ → (𝑉 ∈ Fin → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))))
3433com14 96 . . . 4 (𝐺 ∈ FriendGraph → (𝑉 ≠ ∅ → (𝑉 ∈ Fin → (¬ 3 < (#‘𝑉) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))))
35343imp 1256 . . 3 ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin) → (¬ 3 < (#‘𝑉) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
3635com12 32 . 2 (¬ 3 < (#‘𝑉) → ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺)))
377, 36pm2.61i 176 1 ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑉 ≠ ∅ ∧ 𝑉 ∈ Fin) → ∃𝑣𝑉𝑤 ∈ (𝑉 ∖ {𝑣}){𝑣, 𝑤} ∈ (Edg‘𝐺))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 196  wa 384  w3o 1036  w3a 1037   = wceq 1483  wex 1704  wcel 1990  wne 2794  wral 2912  wrex 2913  Vcvv 3200  cdif 3571  c0 3915  {csn 4177  {cpr 4179  {ctp 4181   class class class wbr 4653  cfv 5888  Fincfn 7955  cr 9935  1c1 9937   < clt 10074  cle 10075  3c3 11071  0cn0 11292  #chash 13117  Vtxcvtx 25874  Edgcedg 25939   FriendGraph cfrgr 27120
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-rep 4771  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-inf2 8538  ax-ac2 9285  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013  ax-pre-sup 10014
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-ifp 1013  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-fal 1489  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rmo 2920  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-int 4476  df-iun 4522  df-disj 4621  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-se 5074  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-isom 5897  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-om 7066  df-1st 7168  df-2nd 7169  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-1o 7560  df-2o 7561  df-3o 7562  df-oadd 7564  df-er 7742  df-ec 7744  df-qs 7748  df-map 7859  df-pm 7860  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-fin 7959  df-sup 8348  df-inf 8349  df-oi 8415  df-card 8765  df-ac 8939  df-cda 8990  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-div 10685  df-nn 11021  df-2 11079  df-3 11080  df-n0 11293  df-xnn0 11364  df-z 11378  df-uz 11688  df-rp 11833  df-xadd 11947  df-ico 12181  df-fz 12327  df-fzo 12466  df-fl 12593  df-mod 12669  df-seq 12802  df-exp 12861  df-hash 13118  df-word 13299  df-lsw 13300  df-concat 13301  df-s1 13302  df-substr 13303  df-reps 13306  df-csh 13535  df-s2 13593  df-s3 13594  df-cj 13839  df-re 13840  df-im 13841  df-sqrt 13975  df-abs 13976  df-clim 14219  df-sum 14417  df-dvds 14984  df-gcd 15217  df-prm 15386  df-phi 15471  df-vtx 25876  df-iedg 25877  df-edg 25940  df-uhgr 25953  df-ushgr 25954  df-upgr 25977  df-umgr 25978  df-uspgr 26045  df-usgr 26046  df-fusgr 26209  df-nbgr 26228  df-vtxdg 26362  df-rgr 26453  df-rusgr 26454  df-wlks 26495  df-wlkson 26496  df-trls 26589  df-trlson 26590  df-pths 26612  df-spths 26613  df-pthson 26614  df-spthson 26615  df-wwlks 26722  df-wwlksn 26723  df-wwlksnon 26724  df-wspthsn 26725  df-wspthsnon 26726  df-clwwlks 26877  df-clwwlksn 26878  df-conngr 27047  df-frgr 27121
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator