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Theorem hashnexinjle

Description: If the number of elements of the domain are greater than the number of elements in a codomain, then there are two different values that map to the same. Also we introduce a one sided inequality to simplify a duplicateable proof. (Contributed by metakunt, 2-May-2025)

Ref Expression
Hypotheses hashnexinjle.1 ⊢ φ → A ∈ Fin
hashnexinjle.2 ⊢ φ → B ∈ Fin
hashnexinjle.3 ⊢ φ → B < A
hashnexinjle.4 ⊢ φ → F : A ⟶ B
hashnexinjle.5 ⊢ φ → A ⊆ ℝ
Assertion hashnexinjle ⊢ φ → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 hashnexinjle.1 ⊢ φ → A ∈ Fin
2 hashnexinjle.2 ⊢ φ → B ∈ Fin
3 hashnexinjle.3 ⊢ φ → B < A
4 hashnexinjle.4 ⊢ φ → F : A ⟶ B
5 hashnexinjle.5 ⊢ φ → A ⊆ ℝ
6 simpr ⊢ φ ∧ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y
7 fveq2 ⊢ x = z → F ⁡ x = F ⁡ z
8 7 eqeq2d ⊢ x = z → F ⁡ y = F ⁡ x ↔ F ⁡ y = F ⁡ z
9 breq2 ⊢ x = z → y < x ↔ y < z
10 8 9 anbi12d ⊢ x = z → F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x ↔ F ⁡ y = F ⁡ z ∧ y < z
11 fveqeq2 ⊢ y = w → F ⁡ y = F ⁡ z ↔ F ⁡ w = F ⁡ z
12 breq1 ⊢ y = w → y < z ↔ w < z
13 11 12 anbi12d ⊢ y = w → F ⁡ y = F ⁡ z ∧ y < z ↔ F ⁡ w = F ⁡ z ∧ w < z
14 10 13 cbvrex2vw ⊢ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x ↔ ∃ z ∈ A ∃ w ∈ A F ⁡ w = F ⁡ z ∧ w < z
15 14 bilani ⊢ φ ∧ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x → ∃ z ∈ A ∃ w ∈ A F ⁡ w = F ⁡ z ∧ w < z
16 fveq2 ⊢ z = y → F ⁡ z = F ⁡ y
17 16 eqeq2d ⊢ z = y → F ⁡ w = F ⁡ z ↔ F ⁡ w = F ⁡ y
18 breq2 ⊢ z = y → w < z ↔ w < y
19 17 18 anbi12d ⊢ z = y → F ⁡ w = F ⁡ z ∧ w < z ↔ F ⁡ w = F ⁡ y ∧ w < y
20 fveqeq2 ⊢ w = x → F ⁡ w = F ⁡ y ↔ F ⁡ x = F ⁡ y
21 breq1 ⊢ w = x → w < y ↔ x < y
22 20 21 anbi12d ⊢ w = x → F ⁡ w = F ⁡ y ∧ w < y ↔ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y
23 19 22 cbvrex2vw ⊢ ∃ z ∈ A ∃ w ∈ A F ⁡ w = F ⁡ z ∧ w < z ↔ ∃ y ∈ A ∃ x ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y
24 15 23 sylib ⊢ φ ∧ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x → ∃ y ∈ A ∃ x ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y
25 rexcom ⊢ ∃ y ∈ A ∃ x ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y
26 24 25 sylib ⊢ φ ∧ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y
27 1 2 3 4 hashnexinj ⊢ φ → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y
28 simplrl ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y ∧ x < y → F ⁡ x = F ⁡ y
29 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y ∧ x < y → x < y
30 28 29 jca ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y ∧ x < y → F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y
31 30 orcd ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y ∧ x < y → F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
32 simplrl ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y ∧ y < x → F ⁡ x = F ⁡ y
33 32 eqcomd ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y ∧ y < x → F ⁡ y = F ⁡ x
34 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y ∧ y < x → y < x
35 33 34 jca ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y ∧ y < x → F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
36 35 olcd ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y ∧ y < x → F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
37 simprr ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y → x ≠ y
38 simpl ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A → φ
39 simprl ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A → x ∈ A
40 38 39 jca ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A → φ ∧ x ∈ A
41 5 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ A → x ∈ ℝ
42 40 41 syl ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A → x ∈ ℝ
43 42 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y → x ∈ ℝ
44 simprr ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A → y ∈ A
45 38 44 jca ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A → φ ∧ y ∈ A
46 5 sselda ⊢ φ ∧ y ∈ A → y ∈ ℝ
47 45 46 syl ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A → y ∈ ℝ
48 47 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y → y ∈ ℝ
49 43 48 lttri2d ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y → x ≠ y ↔ x < y ∨ y < x
50 37 49 mpbid ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y → x < y ∨ y < x
51 31 36 50 mpjaodan ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y → F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
52 51 ex ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A → F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y → F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
53 52 reximdvva ⊢ φ → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
54 53 imp ⊢ φ ∧ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
55 r19.43 ⊢ ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x ↔ ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ ∃ y ∈ A F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
56 55 rexbii ⊢ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ ∃ y ∈ A F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
57 54 56 sylib ⊢ φ ∧ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ ∃ y ∈ A F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
58 r19.43 ⊢ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ ∃ y ∈ A F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
59 57 58 sylib ⊢ φ ∧ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
60 59 ex ⊢ φ → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x ≠ y → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
61 27 60 mpd ⊢ φ → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y ∨ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ y = F ⁡ x ∧ y < x
62 6 26 61 mpjaodan ⊢ φ → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ A F ⁡ x = F ⁡ y ∧ x < y