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Theorem frgrwopreglem5

Description: Lemma 5 for frgrwopreg . If A as well as B contain at least two vertices, there is a 4-cycle in a friendship graph. This corresponds to statement 6 in Huneke p. 2: "... otherwise, there are two different vertices in A, and they have two common neighbors in B, ...". (Contributed by Alexander van der Vekens, 31-Dec-2017) (Proof shortened by AV, 5-Feb-2022)

Ref Expression
Hypotheses frgrwopreg.v ⊢ V = Vtx ⁡ G
frgrwopreg.d ⊢ D = VtxDeg ⁡ G
frgrwopreg.a ⊢ A = x ∈ V | D ⁡ x = K
frgrwopreg.b ⊢ B = V ∖ A
frgrwopreg.e ⊢ E = Edg ⁡ G
Assertion frgrwopreglem5 ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ 1 < A ∧ 1 < B → ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 frgrwopreg.v ⊢ V = Vtx ⁡ G
2 frgrwopreg.d ⊢ D = VtxDeg ⁡ G
3 frgrwopreg.a ⊢ A = x ∈ V | D ⁡ x = K
4 frgrwopreg.b ⊢ B = V ∖ A
5 frgrwopreg.e ⊢ E = Edg ⁡ G
6 simpllr ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ a ≠ x ∧ a ∈ A ∧ x ∈ A ∧ b ∈ B ∧ y ∈ B → a ≠ x
7 6 anim1i ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ a ≠ x ∧ a ∈ A ∧ x ∈ A ∧ b ∈ B ∧ y ∈ B ∧ b ≠ y → a ≠ x ∧ b ≠ y
8 simplll ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ a ≠ x ∧ a ∈ A ∧ x ∈ A ∧ b ∈ B ∧ y ∈ B → G ∈ FriendGraph
9 fveqeq2 ⊢ x = a → D ⁡ x = K ↔ D ⁡ a = K
10 9 3 elrab2 ⊢ a ∈ A ↔ a ∈ V ∧ D ⁡ a = K
11 10 simplbi ⊢ a ∈ A → a ∈ V
12 rabidim1 ⊢ x ∈ x ∈ V | D ⁡ x = K → x ∈ V
13 12 3 eleq2s ⊢ x ∈ A → x ∈ V
14 11 13 anim12i ⊢ a ∈ A ∧ x ∈ A → a ∈ V ∧ x ∈ V
15 14 adantl ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ a ≠ x ∧ a ∈ A ∧ x ∈ A → a ∈ V ∧ x ∈ V
16 eldifi ⊢ b ∈ V ∖ A → b ∈ V
17 16 4 eleq2s ⊢ b ∈ B → b ∈ V
18 eldifi ⊢ y ∈ V ∖ A → y ∈ V
19 18 4 eleq2s ⊢ y ∈ B → y ∈ V
20 17 19 anim12i ⊢ b ∈ B ∧ y ∈ B → b ∈ V ∧ y ∈ V
21 15 20 anim12i ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ a ≠ x ∧ a ∈ A ∧ x ∈ A ∧ b ∈ B ∧ y ∈ B → a ∈ V ∧ x ∈ V ∧ b ∈ V ∧ y ∈ V
22 1 2 3 4 5 frgrwopreglem5lem ⊢ a ∈ A ∧ x ∈ A ∧ b ∈ B ∧ y ∈ B → D ⁡ a = D ⁡ x ∧ D ⁡ a ≠ D ⁡ b ∧ D ⁡ x ≠ D ⁡ y
23 22 adantll ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ a ≠ x ∧ a ∈ A ∧ x ∈ A ∧ b ∈ B ∧ y ∈ B → D ⁡ a = D ⁡ x ∧ D ⁡ a ≠ D ⁡ b ∧ D ⁡ x ≠ D ⁡ y
24 8 21 23 3jca ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ a ≠ x ∧ a ∈ A ∧ x ∈ A ∧ b ∈ B ∧ y ∈ B → G ∈ FriendGraph ∧ a ∈ V ∧ x ∈ V ∧ b ∈ V ∧ y ∈ V ∧ D ⁡ a = D ⁡ x ∧ D ⁡ a ≠ D ⁡ b ∧ D ⁡ x ≠ D ⁡ y
25 24 adantr ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ a ≠ x ∧ a ∈ A ∧ x ∈ A ∧ b ∈ B ∧ y ∈ B ∧ b ≠ y → G ∈ FriendGraph ∧ a ∈ V ∧ x ∈ V ∧ b ∈ V ∧ y ∈ V ∧ D ⁡ a = D ⁡ x ∧ D ⁡ a ≠ D ⁡ b ∧ D ⁡ x ≠ D ⁡ y
26 1 2 5 frgrwopreglem5a ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ a ∈ V ∧ x ∈ V ∧ b ∈ V ∧ y ∈ V ∧ D ⁡ a = D ⁡ x ∧ D ⁡ a ≠ D ⁡ b ∧ D ⁡ x ≠ D ⁡ y → a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
27 25 26 syl ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ a ≠ x ∧ a ∈ A ∧ x ∈ A ∧ b ∈ B ∧ y ∈ B ∧ b ≠ y → a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
28 3anass ⊢ a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E ↔ a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
29 7 27 28 sylanbrc ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ a ≠ x ∧ a ∈ A ∧ x ∈ A ∧ b ∈ B ∧ y ∈ B ∧ b ≠ y → a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
30 29 ex ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ a ≠ x ∧ a ∈ A ∧ x ∈ A ∧ b ∈ B ∧ y ∈ B → b ≠ y → a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
31 30 reximdvva ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ a ≠ x ∧ a ∈ A ∧ x ∈ A → ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B b ≠ y → ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
32 31 exp31 ⊢ G ∈ FriendGraph → a ≠ x → a ∈ A ∧ x ∈ A → ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B b ≠ y → ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
33 32 com24 ⊢ G ∈ FriendGraph → ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B b ≠ y → a ∈ A ∧ x ∈ A → a ≠ x → ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
34 33 imp31 ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B b ≠ y ∧ a ∈ A ∧ x ∈ A → a ≠ x → ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
35 34 reximdvva ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B b ≠ y → ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A a ≠ x → ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
36 35 ex ⊢ G ∈ FriendGraph → ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B b ≠ y → ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A a ≠ x → ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
37 36 com13 ⊢ ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A a ≠ x → ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B b ≠ y → G ∈ FriendGraph → ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
38 37 imp ⊢ ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A a ≠ x ∧ ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B b ≠ y → G ∈ FriendGraph → ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
39 1 2 3 4 frgrwopreglem1 ⊢ A ∈ V ∧ B ∈ V
40 hashgt12el ⊢ A ∈ V ∧ 1 < A → ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A a ≠ x
41 40 ex ⊢ A ∈ V → 1 < A → ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A a ≠ x
42 hashgt12el ⊢ B ∈ V ∧ 1 < B → ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B b ≠ y
43 42 ex ⊢ B ∈ V → 1 < B → ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B b ≠ y
44 41 43 im2anan9 ⊢ A ∈ V ∧ B ∈ V → 1 < A ∧ 1 < B → ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A a ≠ x ∧ ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B b ≠ y
45 39 44 ax-mp ⊢ 1 < A ∧ 1 < B → ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A a ≠ x ∧ ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B b ≠ y
46 38 45 syl11 ⊢ G ∈ FriendGraph → 1 < A ∧ 1 < B → ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E
47 46 3impib ⊢ G ∈ FriendGraph ∧ 1 < A ∧ 1 < B → ∃ a ∈ A ∃ x ∈ A ∃ b ∈ B ∃ y ∈ B a ≠ x ∧ b ≠ y ∧ a b ∈ E ∧ b x ∈ E ∧ x y ∈ E ∧ y a ∈ E