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Theorem erdsze

Description: The Erdős-Szekeres theorem. For any injective sequence F on the reals of length at least ( R - 1 ) x. ( S - 1 ) + 1 , there is either a subsequence of length at least R on which F is increasing (i.e. a < , < order isomorphism) or a subsequence of length at least S on which F is decreasing (i.e. a < ,`' < ` order isomorphism, recalling that ` ``' < ` is the "greater than" relation). This is part of Metamath 100 proof #73. (Contributed by Mario Carneiro, 22-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses erdsze.n φ N
erdsze.f φ F : 1 N 1-1
erdsze.r φ R
erdsze.s φ S
erdsze.l φ R 1 S 1 < N
Assertion erdsze φ s 𝒫 1 N R s F s Isom < , < s F s S s F s Isom < , < -1 s F s

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 erdsze.n φ N
2 erdsze.f φ F : 1 N 1-1
3 erdsze.r φ R
4 erdsze.s φ S
5 erdsze.l φ R 1 S 1 < N
6 reseq2 w = y F w = F y
7 isoeq1 F w = F y F w Isom < , < w F w F y Isom < , < w F w
8 6 7 syl w = y F w Isom < , < w F w F y Isom < , < w F w
9 isoeq4 w = y F y Isom < , < w F w F y Isom < , < y F w
10 imaeq2 w = y F w = F y
11 isoeq5 F w = F y F y Isom < , < y F w F y Isom < , < y F y
12 10 11 syl w = y F y Isom < , < y F w F y Isom < , < y F y
13 8 9 12 3bitrd w = y F w Isom < , < w F w F y Isom < , < y F y
14 elequ2 w = y z w z y
15 13 14 anbi12d w = y F w Isom < , < w F w z w F y Isom < , < y F y z y
16 15 cbvrabv w 𝒫 1 z | F w Isom < , < w F w z w = y 𝒫 1 z | F y Isom < , < y F y z y
17 oveq2 z = x 1 z = 1 x
18 17 pweqd z = x 𝒫 1 z = 𝒫 1 x
19 elequ1 z = x z y x y
20 19 anbi2d z = x F y Isom < , < y F y z y F y Isom < , < y F y x y
21 18 20 rabeqbidv z = x y 𝒫 1 z | F y Isom < , < y F y z y = y 𝒫 1 x | F y Isom < , < y F y x y
22 16 21 eqtrid z = x w 𝒫 1 z | F w Isom < , < w F w z w = y 𝒫 1 x | F y Isom < , < y F y x y
23 22 imaeq2d z = x . w 𝒫 1 z | F w Isom < , < w F w z w = . y 𝒫 1 x | F y Isom < , < y F y x y
24 23 supeq1d z = x sup . w 𝒫 1 z | F w Isom < , < w F w z w < = sup . y 𝒫 1 x | F y Isom < , < y F y x y <
25 24 cbvmptv z 1 N sup . w 𝒫 1 z | F w Isom < , < w F w z w < = x 1 N sup . y 𝒫 1 x | F y Isom < , < y F y x y <
26 isoeq1 F w = F y F w Isom < , < -1 w F w F y Isom < , < -1 w F w
27 6 26 syl w = y F w Isom < , < -1 w F w F y Isom < , < -1 w F w
28 isoeq4 w = y F y Isom < , < -1 w F w F y Isom < , < -1 y F w
29 isoeq5 F w = F y F y Isom < , < -1 y F w F y Isom < , < -1 y F y
30 10 29 syl w = y F y Isom < , < -1 y F w F y Isom < , < -1 y F y
31 27 28 30 3bitrd w = y F w Isom < , < -1 w F w F y Isom < , < -1 y F y
32 31 14 anbi12d w = y F w Isom < , < -1 w F w z w F y Isom < , < -1 y F y z y
33 32 cbvrabv w 𝒫 1 z | F w Isom < , < -1 w F w z w = y 𝒫 1 z | F y Isom < , < -1 y F y z y
34 19 anbi2d z = x F y Isom < , < -1 y F y z y F y Isom < , < -1 y F y x y
35 18 34 rabeqbidv z = x y 𝒫 1 z | F y Isom < , < -1 y F y z y = y 𝒫 1 x | F y Isom < , < -1 y F y x y
36 33 35 eqtrid z = x w 𝒫 1 z | F w Isom < , < -1 w F w z w = y 𝒫 1 x | F y Isom < , < -1 y F y x y
37 36 imaeq2d z = x . w 𝒫 1 z | F w Isom < , < -1 w F w z w = . y 𝒫 1 x | F y Isom < , < -1 y F y x y
38 37 supeq1d z = x sup . w 𝒫 1 z | F w Isom < , < -1 w F w z w < = sup . y 𝒫 1 x | F y Isom < , < -1 y F y x y <
39 38 cbvmptv z 1 N sup . w 𝒫 1 z | F w Isom < , < -1 w F w z w < = x 1 N sup . y 𝒫 1 x | F y Isom < , < -1 y F y x y <
40 eqid n 1 N z 1 N sup . w 𝒫 1 z | F w Isom < , < w F w z w < n z 1 N sup . w 𝒫 1 z | F w Isom < , < -1 w F w z w < n = n 1 N z 1 N sup . w 𝒫 1 z | F w Isom < , < w F w z w < n z 1 N sup . w 𝒫 1 z | F w Isom < , < -1 w F w z w < n
41 1 2 25 39 40 3 4 5 erdszelem11 φ s 𝒫 1 N R s F s Isom < , < s F s S s F s Isom < , < -1 s F s