Theorem vdwnn 14393

Description: Van der Waerden's theorem, infinitary version. For any finite coloring F of the positive integers, there is a color c that contains arbitrarily long arithmetic progressions. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Sep-2014.)

Assertion

Ref	Expression
vdwnn	|- ( ( R e. Fin /\ F : NN --> R ) -> E. c e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) )

Distinct variable groups:   a, c, d, k, m, F   R, c

Allowed substitution hints:   R( k, m, a, d)

Proof of Theorem vdwnn

Dummy variables u w x y z are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpll 753	. . 3 |- ( ( ( R e. Fin /\ F : NN --> R ) /\ -. E. c e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) ) -> R e. Fin )
2		simplr 755	. . 3 |- ( ( ( R e. Fin /\ F : NN --> R ) /\ -. E. c e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) ) -> F : NN --> R )
3		oveq1 6288	. . . . . . . . . . 11 |- ( m = w -> ( m x. d ) = ( w x. d ) )
4	3	oveq2d 6297	. . . . . . . . . 10 |- ( m = w -> ( a + ( m x. d ) ) = ( a + ( w x. d ) ) )
5	4	eleq1d 2512	. . . . . . . . 9 |- ( m = w -> ( ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> ( a + ( w x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
6	5	cbvralv 3070	. . . . . . . 8 |- ( A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> A. w e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( w x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) )
7		oveq1 6288	. . . . . . . . . 10 |- ( a = y -> ( a + ( w x. d ) ) = ( y + ( w x. d ) ) )
8	7	eleq1d 2512	. . . . . . . . 9 |- ( a = y -> ( ( a + ( w x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> ( y + ( w x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
9	8	ralbidv 2882	. . . . . . . 8 |- ( a = y -> ( A. w e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( w x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> A. w e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( y + ( w x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
10	6, 9	syl5bb 257	. . . . . . 7 |- ( a = y -> ( A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> A. w e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( y + ( w x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
11		oveq2 6289	. . . . . . . . . 10 |- ( d = z -> ( w x. d ) = ( w x. z ) )
12	11	oveq2d 6297	. . . . . . . . 9 |- ( d = z -> ( y + ( w x. d ) ) = ( y + ( w x. z ) ) )
13	12	eleq1d 2512	. . . . . . . 8 |- ( d = z -> ( ( y + ( w x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> ( y + ( w x. z ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
14	13	ralbidv 2882	. . . . . . 7 |- ( d = z -> ( A. w e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( y + ( w x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> A. w e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( y + ( w x. z ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
15	10, 14	cbvrex2v 3079	. . . . . 6 |- ( E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> E. y e. NN E. z e. NN A. w e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( y + ( w x. z ) ) e. ( `' F " { u } ) )
16		oveq1 6288	. . . . . . . . 9 |- ( k = x -> ( k - 1 ) = ( x - 1 ) )
17	16	oveq2d 6297	. . . . . . . 8 |- ( k = x -> ( 0 ... ( k - 1 ) ) = ( 0 ... ( x - 1 ) ) )
18	17	raleqdv 3046	. . . . . . 7 |- ( k = x -> ( A. w e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( y + ( w x. z ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> A. w e. ( 0 ... ( x - 1 ) ) ( y + ( w x. z ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
19	18	2rexbidv 2961	. . . . . 6 |- ( k = x -> ( E. y e. NN E. z e. NN A. w e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( y + ( w x. z ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> E. y e. NN E. z e. NN A. w e. ( 0 ... ( x - 1 ) ) ( y + ( w x. z ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
20	15, 19	syl5bb 257	. . . . 5 |- ( k = x -> ( E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> E. y e. NN E. z e. NN A. w e. ( 0 ... ( x - 1 ) ) ( y + ( w x. z ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
21	20	notbid 294	. . . 4 |- ( k = x -> ( -. E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> -. E. y e. NN E. z e. NN A. w e. ( 0 ... ( x - 1 ) ) ( y + ( w x. z ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
22	21	cbvrabv 3094	. . 3 |- { k e. NN | -. E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) } = { x e. NN | -. E. y e. NN E. z e. NN A. w e. ( 0 ... ( x - 1 ) ) ( y + ( w x. z ) ) e. ( `' F " { u } ) }
23		simpr 461	. . . . 5 |- ( ( ( R e. Fin /\ F : NN --> R ) /\ -. E. c e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) ) -> -. E. c e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) )
24		sneq 4024	. . . . . . . . . . 11 |- ( c = u -> { c } = { u } )
25	24	imaeq2d 5327	. . . . . . . . . 10 |- ( c = u -> ( `' F " { c } ) = ( `' F " { u } ) )
26	25	eleq2d 2513	. . . . . . . . 9 |- ( c = u -> ( ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) <-> ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
27	26	ralbidv 2882	. . . . . . . 8 |- ( c = u -> ( A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) <-> A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
28	27	2rexbidv 2961	. . . . . . 7 |- ( c = u -> ( E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) <-> E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
29	28	ralbidv 2882	. . . . . 6 |- ( c = u -> ( A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) <-> A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) ) )
30	29	cbvrexv 3071	. . . . 5 |- ( E. c e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) <-> E. u e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) )
31	23, 30	sylnib 304	. . . 4 |- ( ( ( R e. Fin /\ F : NN --> R ) /\ -. E. c e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) ) -> -. E. u e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) )
32		rabn0 3791	. . . . . . 7 |- ( { k e. NN | -. E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) } =/= (/) <-> E. k e. NN -. E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) )
33		rexnal 2891	. . . . . . 7 |- ( E. k e. NN -. E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> -. A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) )
34	32, 33	bitri 249	. . . . . 6 |- ( { k e. NN | -. E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) } =/= (/) <-> -. A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) )
35	34	ralbii 2874	. . . . 5 |- ( A. u e. R { k e. NN | -. E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) } =/= (/) <-> A. u e. R -. A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) )
36		ralnex 2889	. . . . 5 |- ( A. u e. R -. A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) <-> -. E. u e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) )
37	35, 36	bitri 249	. . . 4 |- ( A. u e. R { k e. NN | -. E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) } =/= (/) <-> -. E. u e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) )
38	31, 37	sylibr 212	. . 3 |- ( ( ( R e. Fin /\ F : NN --> R ) /\ -. E. c e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) ) -> A. u e. R { k e. NN | -. E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { u } ) } =/= (/) )
39	1, 2, 22, 38	vdwnnlem3 14392	. 2 |- -. ( ( R e. Fin /\ F : NN --> R ) /\ -. E. c e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) )
40		iman 424	. 2 |- ( ( ( R e. Fin /\ F : NN --> R ) -> E. c e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) ) <-> -. ( ( R e. Fin /\ F : NN --> R ) /\ -. E. c e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) ) )
41	39, 40	mpbir 209	1 |- ( ( R e. Fin /\ F : NN --> R ) -> E. c e. R A. k e. NN E. a e. NN E. d e. NN A. m e. ( 0 ... ( k - 1 ) ) ( a + ( m x. d ) ) e. ( `' F " { c } ) )

Syntax hints:   -. wn 3   -> wi 4   /\ wa 369   e. wcel 1804   =/= wne 2638   A.wral 2793   E.wrex 2794   {crab 2797   (/)c0 3770   {csn 4014   `'ccnv 4988   "cima 4992   -->wf 5574  (class class class)co 6281   Fincfn 7518   0cc0 9495   1c1 9496   + caddc 9498   x. cmul 9500   - cmin 9810   NNcn 10542   ...cfz 11681

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1605  ax-4 1618  ax-5 1691  ax-6 1734  ax-7 1776  ax-8 1806  ax-9 1808  ax-10 1823  ax-11 1828  ax-12 1840  ax-13 1985  ax-ext 2421  ax-rep 4548  ax-sep 4558  ax-nul 4566  ax-pow 4615  ax-pr 4676  ax-un 6577  ax-cnex 9551  ax-resscn 9552  ax-1cn 9553  ax-icn 9554  ax-addcl 9555  ax-addrcl 9556  ax-mulcl 9557  ax-mulrcl 9558  ax-mulcom 9559  ax-addass 9560  ax-mulass 9561  ax-distr 9562  ax-i2m1 9563  ax-1ne0 9564  ax-1rid 9565  ax-rnegex 9566  ax-rrecex 9567  ax-cnre 9568  ax-pre-lttri 9569  ax-pre-lttrn 9570  ax-pre-ltadd 9571  ax-pre-mulgt0 9572  ax-pre-sup 9573

This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 975  df-3an 976  df-tru 1386  df-ex 1600  df-nf 1604  df-sb 1727  df-eu 2272  df-mo 2273  df-clab 2429  df-cleq 2435  df-clel 2438  df-nfc 2593  df-ne 2640  df-nel 2641  df-ral 2798  df-rex 2799  df-reu 2800  df-rmo 2801  df-rab 2802  df-v 3097  df-sbc 3314  df-csb 3421  df-dif 3464  df-un 3466  df-in 3468  df-ss 3475  df-pss 3477  df-nul 3771  df-if 3927  df-pw 3999  df-sn 4015  df-pr 4017  df-tp 4019  df-op 4021  df-uni 4235  df-int 4272  df-iun 4317  df-br 4438  df-opab 4496  df-mpt 4497  df-tr 4531  df-eprel 4781  df-id 4785  df-po 4790  df-so 4791  df-fr 4828  df-we 4830  df-ord 4871  df-on 4872  df-lim 4873  df-suc 4874  df-xp 4995  df-rel 4996  df-cnv 4997  df-co 4998  df-dm 4999  df-rn 5000  df-res 5001  df-ima 5002  df-iota 5541  df-fun 5580  df-fn 5581  df-f 5582  df-f1 5583  df-fo 5584  df-f1o 5585  df-fv 5586  df-riota 6242  df-ov 6284  df-oprab 6285  df-mpt2 6286  df-om 6686  df-1st 6785  df-2nd 6786  df-recs 7044  df-rdg 7078  df-1o 7132  df-2o 7133  df-oadd 7136  df-er 7313  df-map 7424  df-pm 7425  df-en 7519  df-dom 7520  df-sdom 7521  df-fin 7522  df-sup 7903  df-card 8323  df-cda 8551  df-pnf 9633  df-mnf 9634  df-xr 9635  df-ltxr 9636  df-le 9637  df-sub 9812  df-neg 9813  df-nn 10543  df-2 10600  df-n0 10802  df-z 10871  df-uz 11091  df-rp 11230  df-fz 11682  df-fl 11908  df-hash 12385  df-vdwap 14363  df-vdwmc 14364  df-vdwpc 14365

This theorem is referenced by: (None)