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Theorem gpgvtx1

Description: The inside vertices in a generalized Petersen graph G . (Contributed by AV, 28-Aug-2025)

Ref Expression
Hypotheses gpgvtx0.j 𝐽 = ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) )
gpgvtx0.g 𝐺 = ( 𝑁 gPetersenGr 𝐾 )
gpgvtx0.v 𝑉 = ( Vtx ‘ 𝐺 )
Assertion gpgvtx1 ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ 𝑋𝑉 ) → ( ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( 2nd𝑋 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) − 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 gpgvtx0.j 𝐽 = ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) )
2 gpgvtx0.g 𝐺 = ( 𝑁 gPetersenGr 𝐾 )
3 gpgvtx0.v 𝑉 = ( Vtx ‘ 𝐺 )
4 eqid ( 0 ..^ 𝑁 ) = ( 0 ..^ 𝑁 )
5 4 1 2 3 gpgvtxel ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) → ( 𝑋𝑉 ↔ ∃ 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∃ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) 𝑋 = ⟨ 𝑥 , 𝑦 ⟩ ) )
6 2 fveq2i ( Vtx ‘ 𝐺 ) = ( Vtx ‘ ( 𝑁 gPetersenGr 𝐾 ) )
7 3 6 eqtri 𝑉 = ( Vtx ‘ ( 𝑁 gPetersenGr 𝐾 ) )
8 eluz3nn ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) → 𝑁 ∈ ℕ )
9 1 4 gpgvtx ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐾𝐽 ) → ( Vtx ‘ ( 𝑁 gPetersenGr 𝐾 ) ) = ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) )
10 8 9 sylan ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) → ( Vtx ‘ ( 𝑁 gPetersenGr 𝐾 ) ) = ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) )
11 10 adantr ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ( Vtx ‘ ( 𝑁 gPetersenGr 𝐾 ) ) = ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) )
12 7 11 eqtrid ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → 𝑉 = ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) )
13 1elpr01 1 ∈ { 0 , 1 }
14 13 a1i ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → 1 ∈ { 0 , 1 } )
15 elfzoelz ( 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) → 𝑦 ∈ ℤ )
16 15 adantl ( ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) → 𝑦 ∈ ℤ )
17 16 adantl ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → 𝑦 ∈ ℤ )
18 elfzoelz ( 𝐾 ∈ ( 1 ..^ ( ⌈ ‘ ( 𝑁 / 2 ) ) ) → 𝐾 ∈ ℤ )
19 18 1 eleq2s ( 𝐾𝐽𝐾 ∈ ℤ )
20 19 adantl ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) → 𝐾 ∈ ℤ )
21 20 adantr ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → 𝐾 ∈ ℤ )
22 17 21 zaddcld ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ( 𝑦 + 𝐾 ) ∈ ℤ )
23 8 adantr ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) → 𝑁 ∈ ℕ )
24 23 adantr ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → 𝑁 ∈ ℕ )
25 zmodfzo ( ( ( 𝑦 + 𝐾 ) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ) → ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) )
26 22 24 25 syl2anc ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) )
27 14 26 opelxpd ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) )
28 simprr ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) )
29 14 28 opelxpd ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) )
30 17 21 zsubcld ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ( 𝑦𝐾 ) ∈ ℤ )
31 zmodfzo ( ( ( 𝑦𝐾 ) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ) → ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) )
32 30 24 31 syl2anc ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) )
33 14 32 opelxpd ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) )
34 27 29 33 3jca ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ( ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ∧ ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ∧ ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) )
35 34 adantr ( ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) ∧ 𝑉 = ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ( ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ∧ ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ∧ ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) )
36 eleq2 ( 𝑉 = ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) → ( ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ↔ ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) )
37 eleq2 ( 𝑉 = ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) → ( ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ 𝑉 ↔ ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) )
38 eleq2 ( 𝑉 = ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) → ( ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ↔ ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) )
39 36 37 38 3anbi123d ( 𝑉 = ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) → ( ( ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) ↔ ( ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ∧ ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ∧ ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) ) )
40 39 adantl ( ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) ∧ 𝑉 = ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ( ( ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) ↔ ( ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ∧ ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ∧ ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) ) )
41 35 40 mpbird ( ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) ∧ 𝑉 = ( { 0 , 1 } × ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ( ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) )
42 12 41 mpdan ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ( ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) )
43 vex 𝑥 ∈ V
44 vex 𝑦 ∈ V
45 43 44 op2ndd ( 𝑋 = ⟨ 𝑥 , 𝑦 ⟩ → ( 2nd𝑋 ) = 𝑦 )
46 oveq1 ( ( 2nd𝑋 ) = 𝑦 → ( ( 2nd𝑋 ) + 𝐾 ) = ( 𝑦 + 𝐾 ) )
47 46 oveq1d ( ( 2nd𝑋 ) = 𝑦 → ( ( ( 2nd𝑋 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) = ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) )
48 47 opeq2d ( ( 2nd𝑋 ) = 𝑦 → ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ = ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ )
49 48 eleq1d ( ( 2nd𝑋 ) = 𝑦 → ( ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ↔ ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) )
50 opeq2 ( ( 2nd𝑋 ) = 𝑦 → ⟨ 1 , ( 2nd𝑋 ) ⟩ = ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ )
51 50 eleq1d ( ( 2nd𝑋 ) = 𝑦 → ( ⟨ 1 , ( 2nd𝑋 ) ⟩ ∈ 𝑉 ↔ ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ 𝑉 ) )
52 oveq1 ( ( 2nd𝑋 ) = 𝑦 → ( ( 2nd𝑋 ) − 𝐾 ) = ( 𝑦𝐾 ) )
53 52 oveq1d ( ( 2nd𝑋 ) = 𝑦 → ( ( ( 2nd𝑋 ) − 𝐾 ) mod 𝑁 ) = ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) )
54 53 opeq2d ( ( 2nd𝑋 ) = 𝑦 → ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) − 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ = ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ )
55 54 eleq1d ( ( 2nd𝑋 ) = 𝑦 → ( ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) − 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ↔ ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) )
56 49 51 55 3anbi123d ( ( 2nd𝑋 ) = 𝑦 → ( ( ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( 2nd𝑋 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) − 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) ↔ ( ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) ) )
57 45 56 syl ( 𝑋 = ⟨ 𝑥 , 𝑦 ⟩ → ( ( ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( 2nd𝑋 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) − 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) ↔ ( ⟨ 1 , ( ( 𝑦 + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , 𝑦 ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( ( 𝑦𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) ) )
58 42 57 syl5ibrcom ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ ( 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∧ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) ) ) → ( 𝑋 = ⟨ 𝑥 , 𝑦 ⟩ → ( ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( 2nd𝑋 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) − 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) ) )
59 58 rexlimdvva ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) → ( ∃ 𝑥 ∈ { 0 , 1 } ∃ 𝑦 ∈ ( 0 ..^ 𝑁 ) 𝑋 = ⟨ 𝑥 , 𝑦 ⟩ → ( ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( 2nd𝑋 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) − 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) ) )
60 5 59 sylbid ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) → ( 𝑋𝑉 → ( ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( 2nd𝑋 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) − 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) ) )
61 60 imp ( ( ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ 3 ) ∧ 𝐾𝐽 ) ∧ 𝑋𝑉 ) → ( ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) + 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( 2nd𝑋 ) ⟩ ∈ 𝑉 ∧ ⟨ 1 , ( ( ( 2nd𝑋 ) − 𝐾 ) mod 𝑁 ) ⟩ ∈ 𝑉 ) )