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Theorem f1dom3el3dif

Description: The codomain of a 1-1 function from a set with three different elements has (at least) three different elements. (Contributed by AV, 20-Mar-2019)

Ref Expression
Hypotheses f1dom3fv3dif.v ⊢ φ → A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ C ∈ Z
f1dom3fv3dif.n ⊢ φ → A ≠ B ∧ A ≠ C ∧ B ≠ C
f1dom3fv3dif.f ⊢ φ → F : A B C ⟶ 1-1 R
Assertion f1dom3el3dif ⊢ φ → ∃ x ∈ R ∃ y ∈ R ∃ z ∈ R x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 f1dom3fv3dif.v ⊢ φ → A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ C ∈ Z
2 f1dom3fv3dif.n ⊢ φ → A ≠ B ∧ A ≠ C ∧ B ≠ C
3 f1dom3fv3dif.f ⊢ φ → F : A B C ⟶ 1-1 R
4 f1f ⊢ F : A B C ⟶ 1-1 R → F : A B C ⟶ R
5 simpr ⊢ φ ∧ F : A B C ⟶ R → F : A B C ⟶ R
6 eqidd ⊢ φ → A = A
7 6 3mix1d ⊢ φ → A = A ∨ A = B ∨ A = C
8 1 simp1d ⊢ φ → A ∈ X
9 eltpg ⊢ A ∈ X → A ∈ A B C ↔ A = A ∨ A = B ∨ A = C
10 8 9 syl ⊢ φ → A ∈ A B C ↔ A = A ∨ A = B ∨ A = C
11 7 10 mpbird ⊢ φ → A ∈ A B C
12 11 adantr ⊢ φ ∧ F : A B C ⟶ R → A ∈ A B C
13 5 12 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ F : A B C ⟶ R → F ⁡ A ∈ R
14 eqidd ⊢ φ → B = B
15 14 3mix2d ⊢ φ → B = A ∨ B = B ∨ B = C
16 1 simp2d ⊢ φ → B ∈ Y
17 eltpg ⊢ B ∈ Y → B ∈ A B C ↔ B = A ∨ B = B ∨ B = C
18 16 17 syl ⊢ φ → B ∈ A B C ↔ B = A ∨ B = B ∨ B = C
19 15 18 mpbird ⊢ φ → B ∈ A B C
20 19 adantr ⊢ φ ∧ F : A B C ⟶ R → B ∈ A B C
21 5 20 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ F : A B C ⟶ R → F ⁡ B ∈ R
22 1 simp3d ⊢ φ → C ∈ Z
23 tpid3g ⊢ C ∈ Z → C ∈ A B C
24 22 23 syl ⊢ φ → C ∈ A B C
25 24 adantr ⊢ φ ∧ F : A B C ⟶ R → C ∈ A B C
26 5 25 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ F : A B C ⟶ R → F ⁡ C ∈ R
27 13 21 26 3jca ⊢ φ ∧ F : A B C ⟶ R → F ⁡ A ∈ R ∧ F ⁡ B ∈ R ∧ F ⁡ C ∈ R
28 27 expcom ⊢ F : A B C ⟶ R → φ → F ⁡ A ∈ R ∧ F ⁡ B ∈ R ∧ F ⁡ C ∈ R
29 4 28 syl ⊢ F : A B C ⟶ 1-1 R → φ → F ⁡ A ∈ R ∧ F ⁡ B ∈ R ∧ F ⁡ C ∈ R
30 3 29 mpcom ⊢ φ → F ⁡ A ∈ R ∧ F ⁡ B ∈ R ∧ F ⁡ C ∈ R
31 1 2 3 f1dom3fv3dif ⊢ φ → F ⁡ A ≠ F ⁡ B ∧ F ⁡ A ≠ F ⁡ C ∧ F ⁡ B ≠ F ⁡ C
32 neeq1 ⊢ x = F ⁡ A → x ≠ y ↔ F ⁡ A ≠ y
33 neeq1 ⊢ x = F ⁡ A → x ≠ z ↔ F ⁡ A ≠ z
34 32 33 3anbi12d ⊢ x = F ⁡ A → x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z ↔ F ⁡ A ≠ y ∧ F ⁡ A ≠ z ∧ y ≠ z
35 neeq2 ⊢ y = F ⁡ B → F ⁡ A ≠ y ↔ F ⁡ A ≠ F ⁡ B
36 neeq1 ⊢ y = F ⁡ B → y ≠ z ↔ F ⁡ B ≠ z
37 35 36 3anbi13d ⊢ y = F ⁡ B → F ⁡ A ≠ y ∧ F ⁡ A ≠ z ∧ y ≠ z ↔ F ⁡ A ≠ F ⁡ B ∧ F ⁡ A ≠ z ∧ F ⁡ B ≠ z
38 neeq2 ⊢ z = F ⁡ C → F ⁡ A ≠ z ↔ F ⁡ A ≠ F ⁡ C
39 neeq2 ⊢ z = F ⁡ C → F ⁡ B ≠ z ↔ F ⁡ B ≠ F ⁡ C
40 38 39 3anbi23d ⊢ z = F ⁡ C → F ⁡ A ≠ F ⁡ B ∧ F ⁡ A ≠ z ∧ F ⁡ B ≠ z ↔ F ⁡ A ≠ F ⁡ B ∧ F ⁡ A ≠ F ⁡ C ∧ F ⁡ B ≠ F ⁡ C
41 34 37 40 rspc3ev ⊢ F ⁡ A ∈ R ∧ F ⁡ B ∈ R ∧ F ⁡ C ∈ R ∧ F ⁡ A ≠ F ⁡ B ∧ F ⁡ A ≠ F ⁡ C ∧ F ⁡ B ≠ F ⁡ C → ∃ x ∈ R ∃ y ∈ R ∃ z ∈ R x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z
42 30 31 41 syl2anc ⊢ φ → ∃ x ∈ R ∃ y ∈ R ∃ z ∈ R x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z