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Theorem gpg3kgrtriexlem6

Description: Lemma 6 for gpg3kgrtriex : E is an edge in the generalized Petersen graph G(N,K) with N = 3 x. K . (Contributed by AV, 1-Oct-2025)

Ref Expression
Hypotheses gpg3kgrtriex.n 𝑁 = ( 3 · 𝐾 )
gpg3kgrtriex.g 𝐺 = ( 𝑁 gPetersenGr 𝐾 )
gpg3kgrtriex.e 𝐸 = { ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( - 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ }
Assertion gpg3kgrtriexlem6 ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝐸 ∈ ( Edg ‘ 𝐺 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 gpg3kgrtriex.n 𝑁 = ( 3 · 𝐾 )
2 gpg3kgrtriex.g 𝐺 = ( 𝑁 gPetersenGr 𝐾 )
3 gpg3kgrtriex.e 𝐸 = { ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( - 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ }
4 nnz ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝐾 ∈ ℤ )
5 3nn 3 ∈ ℕ
6 5 a1i ( 𝐾 ∈ ℕ → 3 ∈ ℕ )
7 id ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝐾 ∈ ℕ )
8 6 7 nnmulcld ( 𝐾 ∈ ℕ → ( 3 · 𝐾 ) ∈ ℕ )
9 1 8 eqeltrid ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℕ )
10 zmodfzo ( ( 𝐾 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ) → ( 𝐾 mod 𝑁 ) ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) )
11 4 9 10 syl2anc ( 𝐾 ∈ ℕ → ( 𝐾 mod 𝑁 ) ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) )
12 opeq2 ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ = ⟨ 0 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ )
13 oveq1 ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → ( 𝑥 + 1 ) = ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 1 ) )
14 13 oveq1d ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → ( ( 𝑥 + 1 ) mod 𝑁 ) = ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 1 ) mod 𝑁 ) )
15 14 opeq2d ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → ⟨ 0 , ( ( 𝑥 + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ = ⟨ 0 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ )
16 12 15 preq12d ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 0 , ( ( 𝑥 + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ } = { ⟨ 0 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 0 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ } )
17 16 eqeq2d ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → ( 𝐸 = { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 0 , ( ( 𝑥 + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ↔ 𝐸 = { ⟨ 0 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 0 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ) )
18 opeq2 ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ = ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ )
19 12 18 preq12d ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ } = { ⟨ 0 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ } )
20 19 eqeq2d ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → ( 𝐸 = { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ } ↔ 𝐸 = { ⟨ 0 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ } ) )
21 oveq1 ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → ( 𝑥 + 𝐾 ) = ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 𝐾 ) )
22 21 oveq1d ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → ( ( 𝑥 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) = ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) )
23 22 opeq2d ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → ⟨ 1 , ( ( 𝑥 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ = ⟨ 1 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ )
24 18 23 preq12d ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → { ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , ( ( 𝑥 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } = { ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } )
25 24 eqeq2d ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → ( 𝐸 = { ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , ( ( 𝑥 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ↔ 𝐸 = { ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ) )
26 17 20 25 3orbi123d ( 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) → ( ( 𝐸 = { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 0 , ( ( 𝑥 + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , ( ( 𝑥 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ) ↔ ( 𝐸 = { ⟨ 0 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 0 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 0 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ) ) )
27 26 adantl ( ( 𝐾 ∈ ℕ ∧ 𝑥 = ( 𝐾 mod 𝑁 ) ) → ( ( 𝐸 = { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 0 , ( ( 𝑥 + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , ( ( 𝑥 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ) ↔ ( 𝐸 = { ⟨ 0 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 0 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 0 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ) ) )
28 1 gpg3kgrtriexlem2 ( 𝐾 ∈ ℕ → ( - 𝐾 mod 𝑁 ) = ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) )
29 28 opeq2d ( 𝐾 ∈ ℕ → ⟨ 1 , ( - 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ = ⟨ 1 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ )
30 29 preq2d ( 𝐾 ∈ ℕ → { ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( - 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ } = { ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } )
31 3 30 eqtrid ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝐸 = { ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } )
32 31 3mix3d ( 𝐾 ∈ ℕ → ( 𝐸 = { ⟨ 0 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 0 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 0 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 1 , ( 𝐾 mod 𝑁 ) ⟩ , ⟨ 1 , ( ( ( 𝐾 mod 𝑁 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ) )
33 11 27 32 rspcedvd ( 𝐾 ∈ ℕ → ∃ 𝑥 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ( 𝐸 = { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 0 , ( ( 𝑥 + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , ( ( 𝑥 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ) )
34 3z 3 ∈ ℤ
35 34 a1i ( 𝐾 ∈ ℕ → 3 ∈ ℤ )
36 35 4 zmulcld ( 𝐾 ∈ ℕ → ( 3 · 𝐾 ) ∈ ℤ )
37 3t1e3 ( 3 · 1 ) = 3
38 nnge1 ( 𝐾 ∈ ℕ → 1 ≤ 𝐾 )
39 1red ( 𝐾 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ )
40 nnre ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝐾 ∈ ℝ )
41 3re 3 ∈ ℝ
42 3pos 0 < 3
43 41 42 pm3.2i ( 3 ∈ ℝ ∧ 0 < 3 )
44 43 a1i ( 𝐾 ∈ ℕ → ( 3 ∈ ℝ ∧ 0 < 3 ) )
45 lemul2 ( ( 1 ∈ ℝ ∧ 𝐾 ∈ ℝ ∧ ( 3 ∈ ℝ ∧ 0 < 3 ) ) → ( 1 ≤ 𝐾 ↔ ( 3 · 1 ) ≤ ( 3 · 𝐾 ) ) )
46 39 40 44 45 syl3anc ( 𝐾 ∈ ℕ → ( 1 ≤ 𝐾 ↔ ( 3 · 1 ) ≤ ( 3 · 𝐾 ) ) )
47 38 46 mpbid ( 𝐾 ∈ ℕ → ( 3 · 1 ) ≤ ( 3 · 𝐾 ) )
48 37 47 eqbrtrrid ( 𝐾 ∈ ℕ → 3 ≤ ( 3 · 𝐾 ) )
49 eluz2 ( ( 3 · 𝐾 ) ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ↔ ( 3 ∈ ℤ ∧ ( 3 · 𝐾 ) ∈ ℤ ∧ 3 ≤ ( 3 · 𝐾 ) ) )
50 35 36 48 49 syl3anbrc ( 𝐾 ∈ ℕ → ( 3 · 𝐾 ) ∈ ( ℤ ‘ 3 ) )
51 1 50 eqeltrid ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) )
52 41 a1i ( 𝐾 ∈ ℕ → 3 ∈ ℝ )
53 52 40 remulcld ( 𝐾 ∈ ℕ → ( 3 · 𝐾 ) ∈ ℝ )
54 1 53 eqeltrid ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℝ )
55 54 rehalfcld ( 𝐾 ∈ ℕ → ( 𝑁 / 2 ) ∈ ℝ )
56 55 ceilcld ( 𝐾 ∈ ℕ → ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ∈ ℤ )
57 56 zred ( 𝐾 ∈ ℕ → ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ∈ ℝ )
58 53 rehalfcld ( 𝐾 ∈ ℕ → ( ( 3 · 𝐾 ) / 2 ) ∈ ℝ )
59 58 ceilcld ( 𝐾 ∈ ℕ → ( ⌈ ‘ ( ( 3 · 𝐾 ) / 2 ) ) ∈ ℤ )
60 59 zred ( 𝐾 ∈ ℕ → ( ⌈ ‘ ( ( 3 · 𝐾 ) / 2 ) ) ∈ ℝ )
61 gpg3kgrtriexlem1 ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝐾 < ( ⌈ ‘ ( ( 3 · 𝐾 ) / 2 ) ) )
62 40 60 61 ltled ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝐾 ≤ ( ⌈ ‘ ( ( 3 · 𝐾 ) / 2 ) ) )
63 1 oveq1i ( 𝑁 / 2 ) = ( ( 3 · 𝐾 ) / 2 )
64 63 fveq2i ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) = ( ⌈ ‘ ( ( 3 · 𝐾 ) / 2 ) )
65 62 64 breqtrrdi ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝐾 ≤ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) )
66 39 40 57 38 65 letrd ( 𝐾 ∈ ℕ → 1 ≤ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) )
67 elnnz1 ( ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ∈ ℕ ↔ ( ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ∈ ℤ ∧ 1 ≤ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) )
68 56 66 67 sylanbrc ( 𝐾 ∈ ℕ → ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ∈ ℕ )
69 61 64 breqtrrdi ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝐾 < ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) )
70 elfzo1 ( 𝐾 ∈ ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) ↔ ( 𝐾 ∈ ℕ ∧ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ∈ ℕ ∧ 𝐾 < ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) )
71 7 68 69 70 syl3anbrc ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝐾 ∈ ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) )
72 eqid ( 0 ..^ 𝑁 ) = ( 0 ..^ 𝑁 )
73 eqid ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) = ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) )
74 eqid ( Edg ‘ 𝐺 ) = ( Edg ‘ 𝐺 )
75 72 73 2 74 gpgedgel ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾 ∈ ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) ) → ( 𝐸 ∈ ( Edg ‘ 𝐺 ) ↔ ∃ 𝑥 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ( 𝐸 = { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 0 , ( ( 𝑥 + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , ( ( 𝑥 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ) ) )
76 51 71 75 syl2anc ( 𝐾 ∈ ℕ → ( 𝐸 ∈ ( Edg ‘ 𝐺 ) ↔ ∃ 𝑥 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ( 𝐸 = { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 0 , ( ( 𝑥 + 1 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 0 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ } ∨ 𝐸 = { ⟨ 1 , 𝑥 ⟩ , ⟨ 1 , ( ( 𝑥 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ } ) ) )
77 33 76 mpbird ( 𝐾 ∈ ℕ → 𝐸 ∈ ( Edg ‘ 𝐺 ) )