Metamath Proof Explorer


Theorem vdwnnlem1

Description: Corollary of vdw , and lemma for vdwnn . If F is a coloring of the integers, then there are arbitrarily long monochromatic APs in F . (Contributed by Mario Carneiro, 13-Sep-2014)

Ref Expression
Assertion vdwnnlem1 ( ( ๐‘… โˆˆ Fin โˆง ๐น : โ„• โŸถ ๐‘… โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘ } ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 vdw โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Fin โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘… โ†‘m ( 1 ... ๐‘› ) ) โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐‘“ โ€œ { ๐‘ } ) )
2 1 3adant2 โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Fin โˆง ๐น : โ„• โŸถ ๐‘… โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘… โ†‘m ( 1 ... ๐‘› ) ) โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐‘“ โ€œ { ๐‘ } ) )
3 simpl2 โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Fin โˆง ๐น : โ„• โŸถ ๐‘… โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐น : โ„• โŸถ ๐‘… )
4 fz1ssnn โŠข ( 1 ... ๐‘› ) โŠ† โ„•
5 fssres โŠข ( ( ๐น : โ„• โŸถ ๐‘… โˆง ( 1 ... ๐‘› ) โŠ† โ„• ) โ†’ ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) : ( 1 ... ๐‘› ) โŸถ ๐‘… )
6 3 4 5 sylancl โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Fin โˆง ๐น : โ„• โŸถ ๐‘… โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) : ( 1 ... ๐‘› ) โŸถ ๐‘… )
7 simpl1 โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Fin โˆง ๐น : โ„• โŸถ ๐‘… โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘… โˆˆ Fin )
8 ovex โŠข ( 1 ... ๐‘› ) โˆˆ V
9 elmapg โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Fin โˆง ( 1 ... ๐‘› ) โˆˆ V ) โ†’ ( ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โˆˆ ( ๐‘… โ†‘m ( 1 ... ๐‘› ) ) โ†” ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) : ( 1 ... ๐‘› ) โŸถ ๐‘… ) )
10 7 8 9 sylancl โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Fin โˆง ๐น : โ„• โŸถ ๐‘… โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โˆˆ ( ๐‘… โ†‘m ( 1 ... ๐‘› ) ) โ†” ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) : ( 1 ... ๐‘› ) โŸถ ๐‘… ) )
11 6 10 mpbird โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Fin โˆง ๐น : โ„• โŸถ ๐‘… โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โˆˆ ( ๐‘… โ†‘m ( 1 ... ๐‘› ) ) )
12 cnveq โŠข ( ๐‘“ = ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ†’ โ—ก ๐‘“ = โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) )
13 12 imaeq1d โŠข ( ๐‘“ = ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ†’ ( โ—ก ๐‘“ โ€œ { ๐‘ } ) = ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) )
14 13 eleq2d โŠข ( ๐‘“ = ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ†’ ( ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐‘“ โ€œ { ๐‘ } ) โ†” ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) ) )
15 14 ralbidv โŠข ( ๐‘“ = ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐‘“ โ€œ { ๐‘ } ) โ†” โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) ) )
16 15 2rexbidv โŠข ( ๐‘“ = ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐‘“ โ€œ { ๐‘ } ) โ†” โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) ) )
17 16 rexbidv โŠข ( ๐‘“ = ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐‘“ โ€œ { ๐‘ } ) โ†” โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) ) )
18 17 rspcv โŠข ( ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โˆˆ ( ๐‘… โ†‘m ( 1 ... ๐‘› ) ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘… โ†‘m ( 1 ... ๐‘› ) ) โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐‘“ โ€œ { ๐‘ } ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) ) )
19 11 18 syl โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Fin โˆง ๐น : โ„• โŸถ ๐‘… โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘… โ†‘m ( 1 ... ๐‘› ) ) โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐‘“ โ€œ { ๐‘ } ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) ) )
20 resss โŠข ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โŠ† ๐น
21 cnvss โŠข ( ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โŠ† ๐น โ†’ โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โŠ† โ—ก ๐น )
22 imass1 โŠข ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โŠ† โ—ก ๐น โ†’ ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) โŠ† ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘ } ) )
23 20 21 22 mp2b โŠข ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) โŠ† ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘ } )
24 23 sseli โŠข ( ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) โ†’ ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘ } ) )
25 24 ralimi โŠข ( โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) โ†’ โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘ } ) )
26 25 reximi โŠข ( โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) โ†’ โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘ } ) )
27 26 reximi โŠข ( โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) โ†’ โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘ } ) )
28 27 reximi โŠข ( โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ( ๐น โ†พ ( 1 ... ๐‘› ) ) โ€œ { ๐‘ } ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘ } ) )
29 19 28 syl6 โŠข ( ( ( ๐‘… โˆˆ Fin โˆง ๐น : โ„• โŸถ ๐‘… โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘… โ†‘m ( 1 ... ๐‘› ) ) โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐‘“ โ€œ { ๐‘ } ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘ } ) ) )
30 29 rexlimdva โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Fin โˆง ๐น : โ„• โŸถ ๐‘… โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘… โ†‘m ( 1 ... ๐‘› ) ) โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐‘“ โ€œ { ๐‘ } ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘ } ) ) )
31 2 30 mpd โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Fin โˆง ๐น : โ„• โŸถ ๐‘… โˆง ๐พ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ โ„• โˆƒ ๐‘‘ โˆˆ โ„• โˆ€ ๐‘š โˆˆ ( 0 ... ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘Ž + ( ๐‘š ยท ๐‘‘ ) ) โˆˆ ( โ—ก ๐น โ€œ { ๐‘ } ) )