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

Theorem php3 8031
 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 7865 . . 3 (𝐴 ∈ Fin ↔ ∃𝑥 ∈ ω 𝐴𝑥)
2 relen 7846 . . . . . . . . 9 Rel ≈
32brrelexi 5082 . . . . . . . 8 (𝐴𝑥𝐴 ∈ V)
4 pssss 3664 . . . . . . . 8 (𝐵𝐴𝐵𝐴)
5 ssdomg 7887 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ V → (𝐵𝐴𝐵𝐴))
65imp 444 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ V ∧ 𝐵𝐴) → 𝐵𝐴)
73, 4, 6syl2an 493 . . . . . . 7 ((𝐴𝑥𝐵𝐴) → 𝐵𝐴)
87adantll 746 . . . . . 6 (((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐴𝑥) ∧ 𝐵𝐴) → 𝐵𝐴)
9 bren 7850 . . . . . . . . 9 (𝐴𝑥 ↔ ∃𝑓 𝑓:𝐴1-1-onto𝑥)
10 imass2 5420 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝐵𝐴 → (𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴))
114, 10syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐵𝐴 → (𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴))
1211adantl 481 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴))
13 pssnel 3991 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝐵𝐴 → ∃𝑦(𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵))
14 eldif 3550 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) ↔ (𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵))
15 f1ofn 6051 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝑓 Fn 𝐴)
16 difss 3699 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝐴𝐵) ⊆ 𝐴
17 fnfvima 6400 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝑓 Fn 𝐴 ∧ (𝐴𝐵) ⊆ 𝐴𝑦 ∈ (𝐴𝐵)) → (𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵)))
18173expia 1259 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑓 Fn 𝐴 ∧ (𝐴𝐵) ⊆ 𝐴) → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵))))
1915, 16, 18sylancl 693 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵))))
20 dff1o3 6056 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 ↔ (𝑓:𝐴onto𝑥 ∧ Fun 𝑓))
2120simprbi 479 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → Fun 𝑓)
22 imadif 5887 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (Fun 𝑓 → (𝑓 “ (𝐴𝐵)) = ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)))
2321, 22syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑓 “ (𝐴𝐵)) = ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)))
2423eleq2d 2673 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → ((𝑓𝑦) ∈ (𝑓 “ (𝐴𝐵)) ↔ (𝑓𝑦) ∈ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵))))
2519, 24sylibd 228 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑓𝑦) ∈ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵))))
26 n0i 3879 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑓𝑦) ∈ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
2725, 26syl6 34 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑦 ∈ (𝐴𝐵) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅))
2814, 27syl5bir 232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → ((𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅))
2928exlimdv 1848 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (∃𝑦(𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅))
3029imp 444 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 ∧ ∃𝑦(𝑦𝐴 ∧ ¬ 𝑦𝐵)) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
3113, 30sylan2 490 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → ¬ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
32 ssdif0 3896 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑓𝐴) ⊆ (𝑓𝐵) ↔ ((𝑓𝐴) ∖ (𝑓𝐵)) = ∅)
3331, 32sylnibr 318 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → ¬ (𝑓𝐴) ⊆ (𝑓𝐵))
34 dfpss3 3655 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴) ↔ ((𝑓𝐵) ⊆ (𝑓𝐴) ∧ ¬ (𝑓𝐴) ⊆ (𝑓𝐵)))
3512, 33, 34sylanbrc 695 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴))
36 imadmrn 5395 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑓 “ dom 𝑓) = ran 𝑓
37 f1odm 6054 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → dom 𝑓 = 𝐴)
3837imaeq2d 5385 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑓 “ dom 𝑓) = (𝑓𝐴))
39 f1ofo 6057 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝑓:𝐴onto𝑥)
40 forn 6031 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑓:𝐴onto𝑥 → ran 𝑓 = 𝑥)
4139, 40syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → ran 𝑓 = 𝑥)
4236, 38, 413eqtr3a 2668 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝑓𝐴) = 𝑥)
4342psseq2d 3662 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → ((𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴) ↔ (𝑓𝐵) ⊊ 𝑥))
4443adantr 480 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → ((𝑓𝐵) ⊊ (𝑓𝐴) ↔ (𝑓𝐵) ⊊ 𝑥))
4535, 44mpbid 221 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵) ⊊ 𝑥)
46 php 8029 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓𝐵) ⊊ 𝑥) → ¬ 𝑥 ≈ (𝑓𝐵))
4745, 46sylan2 490 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴)) → ¬ 𝑥 ≈ (𝑓𝐵))
48 f1of1 6049 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝑓:𝐴1-1𝑥)
49 f1ores 6064 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑓:𝐴1-1𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
5048, 4, 49syl2an 493 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
51 vex 3176 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 𝑓 ∈ V
5251resex 5363 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑓𝐵) ∈ V
53 f1oeq1 6040 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑦 = (𝑓𝐵) → (𝑦:𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵) ↔ (𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵)))
5452, 53spcev 3273 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵) → ∃𝑦 𝑦:𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
55 bren 7850 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐵 ≈ (𝑓𝐵) ↔ ∃𝑦 𝑦:𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵))
5654, 55sylibr 223 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑓𝐵):𝐵1-1-onto→(𝑓𝐵) → 𝐵 ≈ (𝑓𝐵))
5750, 56syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → 𝐵 ≈ (𝑓𝐵))
58 entr 7894 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥𝐵𝐵 ≈ (𝑓𝐵)) → 𝑥 ≈ (𝑓𝐵))
5958expcom 450 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐵 ≈ (𝑓𝐵) → (𝑥𝐵𝑥 ≈ (𝑓𝐵)))
6057, 59syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴) → (𝑥𝐵𝑥 ≈ (𝑓𝐵)))
6160adantl 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴)) → (𝑥𝐵𝑥 ≈ (𝑓𝐵)))
6247, 61mtod 188 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ω ∧ (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥𝐵𝐴)) → ¬ 𝑥𝐵)
6362exp32 629 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ω → (𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝐵𝐴 → ¬ 𝑥𝐵)))
6463exlimdv 1848 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ω → (∃𝑓 𝑓:𝐴1-1-onto𝑥 → (𝐵𝐴 → ¬ 𝑥𝐵)))
659, 64syl5bi 231 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ω → (𝐴𝑥 → (𝐵𝐴 → ¬ 𝑥𝐵)))
6665imp31 447 . . . . . . 7 (((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐴𝑥) ∧ 𝐵𝐴) → ¬ 𝑥𝐵)
67 entr 7894 . . . . . . . . . 10 ((𝐵𝐴𝐴𝑥) → 𝐵𝑥)
6867ex 449 . . . . . . . . 9 (𝐵𝐴 → (𝐴𝑥𝐵𝑥))
69 ensym 7891 . . . . . . . . 9 (𝐵𝑥𝑥𝐵)
7068, 69syl6com 36 . . . . . . . 8 (𝐴𝑥 → (𝐵𝐴𝑥𝐵))
7170ad2antlr 759 . . . . . . 7 (((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐴𝑥) ∧ 𝐵𝐴) → (𝐵𝐴𝑥𝐵))
7266, 71mtod 188 . . . . . 6 (((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐴𝑥) ∧ 𝐵𝐴) → ¬ 𝐵𝐴)
73 brsdom 7864 . . . . . 6 (𝐵𝐴 ↔ (𝐵𝐴 ∧ ¬ 𝐵𝐴))
748, 72, 73sylanbrc 695 . . . . 5 (((𝑥 ∈ ω ∧ 𝐴𝑥) ∧ 𝐵𝐴) → 𝐵𝐴)
7574exp31 628 . . . 4 (𝑥 ∈ ω → (𝐴𝑥 → (𝐵𝐴𝐵𝐴)))
7675rexlimiv 3009 . . 3 (∃𝑥 ∈ ω 𝐴𝑥 → (𝐵𝐴𝐵𝐴))
771, 76sylbi 206 . 2 (𝐴 ∈ Fin → (𝐵𝐴𝐵𝐴))
7877imp 444 1 ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐵𝐴) → 𝐵𝐴)
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 195   ∧ wa 383   = wceq 1475  ∃wex 1695   ∈ wcel 1977  ∃wrex 2897  Vcvv 3173   ∖ cdif 3537   ⊆ wss 3540   ⊊ wpss 3541  ∅c0 3874   class class class wbr 4583  ◡ccnv 5037  dom cdm 5038  ran crn 5039   ↾ cres 5040   “ cima 5041  Fun wfun 5798   Fn wfn 5799  –1-1→wf1 5801  –onto→wfo 5802  –1-1-onto→wf1o 5803  ‘cfv 5804  ωcom 6957   ≈ cen 7838   ≼ cdom 7839   ≺ csdm 7840  Fincfn 7841 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-ral 2901  df-rex 2902  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-br 4584  df-opab 4644  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-we 4999  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-om 6958  df-er 7629  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845 This theorem is referenced by:  pssinf  8055  f1finf1o  8072  findcard3  8088  fofinf1o  8126  ackbij1b  8944  fincssdom  9028  fin23lem25  9029  canthp1lem2  9354  pwfseqlem4  9363  uzindi  12643  symggen  17713  pgpssslw  17852  pgpfaclem2  18304  ppiltx  24703  finminlem  31482  lindsenlbs  32574
 Copyright terms: Public domain W3C validator