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

Theorem vdw 15536
 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 472 . . 3 ((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → 𝑅 ∈ Fin)
2 simpr 476 . . 3 ((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → 𝐾 ∈ ℕ0)
31, 2vdwlem13 15535 . 2 ((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → ∃𝑛 ∈ ℕ ∀𝑓 ∈ (𝑅𝑚 (1...𝑛))𝐾 MonoAP 𝑓)
4 ovex 6577 . . . . 5 (1...𝑛) ∈ V
5 simpllr 795 . . . . 5 ((((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑓 ∈ (𝑅𝑚 (1...𝑛))) → 𝐾 ∈ ℕ0)
6 simpll 786 . . . . . . 7 (((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝑅 ∈ Fin)
7 elmapg 7757 . . . . . . 7 ((𝑅 ∈ Fin ∧ (1...𝑛) ∈ V) → (𝑓 ∈ (𝑅𝑚 (1...𝑛)) ↔ 𝑓:(1...𝑛)⟶𝑅))
86, 4, 7sylancl 693 . . . . . 6 (((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝑓 ∈ (𝑅𝑚 (1...𝑛)) ↔ 𝑓:(1...𝑛)⟶𝑅))
98biimpa 500 . . . . 5 ((((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑓 ∈ (𝑅𝑚 (1...𝑛))) → 𝑓:(1...𝑛)⟶𝑅)
10 simplr 788 . . . . . . 7 ((((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑓 ∈ (𝑅𝑚 (1...𝑛))) → 𝑛 ∈ ℕ)
11 nnuz 11599 . . . . . . 7 ℕ = (ℤ‘1)
1210, 11syl6eleq 2698 . . . . . 6 ((((𝑅 ∈ Fin ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑓 ∈ (𝑅𝑚 (1...𝑛))) → 𝑛 ∈ (ℤ‘1))
13 eluzfz1 12219 . . . . . 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 15521 . . . 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 2968 . . 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 3031 . 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 221 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 195   ∧ wa 383   ∈ wcel 1977  ∀wral 2896  ∃wrex 2897  Vcvv 3173  {csn 4125   class class class wbr 4583  ◡ccnv 5037   “ cima 5041  ⟶wf 5800  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549   ↑𝑚 cmap 7744  Fincfn 7841  0cc0 9815  1c1 9816   + caddc 9818   · cmul 9820   − cmin 10145  ℕcn 10897  ℕ0cn0 11169  ℤ≥cuz 11563  ...cfz 12197   MonoAP cvdwm 15508 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-rep 4699  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892 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-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rmo 2904  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  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-int 4411  df-iun 4457  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  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-pred 5597  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-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-om 6958  df-1st 7059  df-2nd 7060  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-1o 7447  df-2o 7448  df-oadd 7451  df-er 7629  df-map 7746  df-pm 7747  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-card 8648  df-cda 8873  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-nn 10898  df-2 10956  df-n0 11170  df-xnn0 11241  df-z 11255  df-uz 11564  df-rp 11709  df-fz 12198  df-hash 12980  df-vdwap 15510  df-vdwmc 15511  df-vdwpc 15512 This theorem is referenced by:  vdwnnlem1  15537
 Copyright terms: Public domain W3C validator