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Theorem usgr2pth

Description: In a simple graph, there is a path of length 2 iff there are three distinct vertices so that one of them is connected to each of the two others by an edge. (Contributed by Alexander van der Vekens, 27-Jan-2018) (Revised by AV, 5-Jun-2021) (Proof shortened by AV, 31-Oct-2021)

Ref Expression
Hypotheses usgr2pthlem.v ⊢ V = Vtx ⁡ G
usgr2pthlem.i ⊢ I = iEdg ⁡ G
Assertion usgr2pth ⊢ G ∈ USGraph → F Paths ⁡ G P ∧ F = 2 ↔ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 usgr2pthlem.v ⊢ V = Vtx ⁡ G
2 usgr2pthlem.i ⊢ I = iEdg ⁡ G
3 usgr2pthspth ⊢ G ∈ USGraph ∧ F = 2 → F Paths ⁡ G P ↔ F SPaths ⁡ G P
4 usgrupgr ⊢ G ∈ USGraph → G ∈ UPGraph
5 4 adantr ⊢ G ∈ USGraph ∧ F = 2 → G ∈ UPGraph
6 isspth ⊢ F SPaths ⁡ G P ↔ F Trails ⁡ G P ∧ Fun ⁡ P -1
7 6 a1i ⊢ G ∈ UPGraph → F SPaths ⁡ G P ↔ F Trails ⁡ G P ∧ Fun ⁡ P -1
8 1 2 upgrf1istrl ⊢ G ∈ UPGraph → F Trails ⁡ G P ↔ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1
9 8 anbi1d ⊢ G ∈ UPGraph → F Trails ⁡ G P ∧ Fun ⁡ P -1 ↔ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ∧ Fun ⁡ P -1
10 oveq2 ⊢ F = 2 → 0 ..^ F = 0 ..^ 2
11 f1eq2 ⊢ 0 ..^ F = 0 ..^ 2 → F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ↔ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I
12 10 11 syl ⊢ F = 2 → F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ↔ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I
13 12 biimpd ⊢ F = 2 → F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I
14 13 adantl ⊢ G ∈ USGraph ∧ F = 2 → F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I
15 14 com12 ⊢ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I
16 15 3ad2ant1 ⊢ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I
17 16 ad2antrl ⊢ G ∈ UPGraph ∧ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ∧ Fun ⁡ P -1 → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I
18 oveq2 ⊢ F = 2 → 0 … F = 0 … 2
19 18 feq2d ⊢ F = 2 → P : 0 … F ⟶ V ↔ P : 0 … 2 ⟶ V
20 df-f1 ⊢ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ↔ P : 0 … 2 ⟶ V ∧ Fun ⁡ P -1
21 20 simplbi2 ⊢ P : 0 … 2 ⟶ V → Fun ⁡ P -1 → P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V
22 21 a1i ⊢ F = 2 → P : 0 … 2 ⟶ V → Fun ⁡ P -1 → P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V
23 19 22 sylbid ⊢ F = 2 → P : 0 … F ⟶ V → Fun ⁡ P -1 → P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V
24 23 adantl ⊢ G ∈ USGraph ∧ F = 2 → P : 0 … F ⟶ V → Fun ⁡ P -1 → P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V
25 24 com3l ⊢ P : 0 … F ⟶ V → Fun ⁡ P -1 → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V
26 25 3ad2ant2 ⊢ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 → Fun ⁡ P -1 → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V
27 26 imp ⊢ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ∧ Fun ⁡ P -1 → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V
28 27 adantl ⊢ G ∈ UPGraph ∧ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ∧ Fun ⁡ P -1 → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V
29 1 2 usgr2pthlem ⊢ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z
30 29 ad2antrl ⊢ G ∈ UPGraph ∧ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ∧ Fun ⁡ P -1 → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z
31 17 28 30 3jcad ⊢ G ∈ UPGraph ∧ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ∧ Fun ⁡ P -1 → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z
32 31 ex ⊢ G ∈ UPGraph → F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ∧ Fun ⁡ P -1 → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z
33 9 32 sylbid ⊢ G ∈ UPGraph → F Trails ⁡ G P ∧ Fun ⁡ P -1 → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z
34 7 33 sylbid ⊢ G ∈ UPGraph → F SPaths ⁡ G P → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z
35 34 com23 ⊢ G ∈ UPGraph → G ∈ USGraph ∧ F = 2 → F SPaths ⁡ G P → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z
36 5 35 mpcom ⊢ G ∈ USGraph ∧ F = 2 → F SPaths ⁡ G P → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z
37 3 36 sylbid ⊢ G ∈ USGraph ∧ F = 2 → F Paths ⁡ G P → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z
38 37 ex ⊢ G ∈ USGraph → F = 2 → F Paths ⁡ G P → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z
39 38 impcomd ⊢ G ∈ USGraph → F Paths ⁡ G P ∧ F = 2 → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z
40 2nn0 ⊢ 2 ∈ ℕ 0
41 f1f ⊢ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I → F : 0 ..^ 2 ⟶ dom ⁡ I
42 fnfzo0hash ⊢ 2 ∈ ℕ 0 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ dom ⁡ I → F = 2
43 40 41 42 sylancr ⊢ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I → F = 2
44 oveq2 ⊢ 2 = F → 0 ..^ 2 = 0 ..^ F
45 44 eqcoms ⊢ F = 2 → 0 ..^ 2 = 0 ..^ F
46 f1eq2 ⊢ 0 ..^ 2 = 0 ..^ F → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ↔ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I
47 45 46 syl ⊢ F = 2 → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ↔ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I
48 47 biimpd ⊢ F = 2 → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I → F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I
49 48 imp ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I → F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I
50 49 adantr ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V → F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I
51 50 ad2antrr ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z ∧ G ∈ USGraph → F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I
52 f1f ⊢ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V → P : 0 … 2 ⟶ V
53 oveq2 ⊢ 2 = F → 0 … 2 = 0 … F
54 53 eqcoms ⊢ F = 2 → 0 … 2 = 0 … F
55 54 adantr ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I → 0 … 2 = 0 … F
56 55 feq2d ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I → P : 0 … 2 ⟶ V ↔ P : 0 … F ⟶ V
57 52 56 imbitrid ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I → P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V → P : 0 … F ⟶ V
58 57 imp ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V → P : 0 … F ⟶ V
59 58 ad2antrr ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z ∧ G ∈ USGraph → P : 0 … F ⟶ V
60 eqcom ⊢ P ⁡ 0 = x ↔ x = P ⁡ 0
61 60 biimpi ⊢ P ⁡ 0 = x → x = P ⁡ 0
62 61 3ad2ant1 ⊢ P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z → x = P ⁡ 0
63 eqcom ⊢ P ⁡ 1 = y ↔ y = P ⁡ 1
64 63 biimpi ⊢ P ⁡ 1 = y → y = P ⁡ 1
65 64 3ad2ant2 ⊢ P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z → y = P ⁡ 1
66 62 65 preq12d ⊢ P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z → x y = P ⁡ 0 P ⁡ 1
67 66 eqeq2d ⊢ P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z → I ⁡ F ⁡ 0 = x y ↔ I ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1
68 67 biimpcd ⊢ I ⁡ F ⁡ 0 = x y → P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z → I ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1
69 68 adantr ⊢ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z → I ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1
70 69 impcom ⊢ P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → I ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1
71 eqcom ⊢ P ⁡ 2 = z ↔ z = P ⁡ 2
72 71 biimpi ⊢ P ⁡ 2 = z → z = P ⁡ 2
73 72 3ad2ant3 ⊢ P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z → z = P ⁡ 2
74 65 73 preq12d ⊢ P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z → y z = P ⁡ 1 P ⁡ 2
75 74 eqeq2d ⊢ P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z → I ⁡ F ⁡ 1 = y z ↔ I ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
76 75 biimpcd ⊢ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z → I ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
77 76 adantl ⊢ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z → I ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
78 77 impcom ⊢ P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → I ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
79 70 78 jca ⊢ P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → I ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
80 79 rexlimivw ⊢ ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → I ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
81 80 rexlimivw ⊢ ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → I ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
82 81 rexlimivw ⊢ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → I ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
83 82 a1i13 ⊢ F = 2 → ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → G ∈ USGraph → I ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
84 fzo0to2pr ⊢ 0 ..^ 2 = 0 1
85 10 84 eqtrdi ⊢ F = 2 → 0 ..^ F = 0 1
86 85 raleqdv ⊢ F = 2 → ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ↔ ∀ i ∈ 0 1 I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1
87 2wlklem ⊢ ∀ i ∈ 0 1 I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ↔ I ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
88 86 87 bitrdi ⊢ F = 2 → ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ↔ I ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
89 88 imbi2d ⊢ F = 2 → G ∈ USGraph → ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ↔ G ∈ USGraph → I ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
90 83 89 sylibrd ⊢ F = 2 → ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → G ∈ USGraph → ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1
91 90 ad2antrr ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V → ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → G ∈ USGraph → ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1
92 91 imp ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → G ∈ USGraph → ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1
93 92 imp ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z ∧ G ∈ USGraph → ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1
94 51 59 93 3jca ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z ∧ G ∈ USGraph → F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1
95 20 simprbi ⊢ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V → Fun ⁡ P -1
96 95 adantl ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V → Fun ⁡ P -1
97 96 ad2antrr ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z ∧ G ∈ USGraph → Fun ⁡ P -1
98 94 97 jca ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z ∧ G ∈ USGraph → F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ∧ Fun ⁡ P -1
99 7 9 bitrd ⊢ G ∈ UPGraph → F SPaths ⁡ G P ↔ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ∧ Fun ⁡ P -1
100 4 99 syl ⊢ G ∈ USGraph → F SPaths ⁡ G P ↔ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ∧ Fun ⁡ P -1
101 100 adantl ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z ∧ G ∈ USGraph → F SPaths ⁡ G P ↔ F : 0 ..^ F ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … F ⟶ V ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ F I ⁡ F ⁡ i = P ⁡ i P ⁡ i + 1 ∧ Fun ⁡ P -1
102 98 101 mpbird ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z ∧ G ∈ USGraph → F SPaths ⁡ G P
103 simpr ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z ∧ G ∈ USGraph → G ∈ USGraph
104 simp-4l ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z ∧ G ∈ USGraph → F = 2
105 103 104 3 syl2anc ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z ∧ G ∈ USGraph → F Paths ⁡ G P ↔ F SPaths ⁡ G P
106 102 105 mpbird ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z ∧ G ∈ USGraph → F Paths ⁡ G P
107 106 104 jca ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z ∧ G ∈ USGraph → F Paths ⁡ G P ∧ F = 2
108 107 ex ⊢ F = 2 ∧ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → G ∈ USGraph → F Paths ⁡ G P ∧ F = 2
109 108 exp41 ⊢ F = 2 → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I → P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V → ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → G ∈ USGraph → F Paths ⁡ G P ∧ F = 2
110 43 109 mpcom ⊢ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I → P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V → ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → G ∈ USGraph → F Paths ⁡ G P ∧ F = 2
111 110 3imp ⊢ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → G ∈ USGraph → F Paths ⁡ G P ∧ F = 2
112 111 com12 ⊢ G ∈ USGraph → F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z → F Paths ⁡ G P ∧ F = 2
113 39 112 impbid ⊢ G ∈ USGraph → F Paths ⁡ G P ∧ F = 2 ↔ F : 0 ..^ 2 ⟶ 1-1 dom ⁡ I ∧ P : 0 … 2 ⟶ 1-1 V ∧ ∃ x ∈ V ∃ y ∈ V ∖ x ∃ z ∈ V ∖ x y P ⁡ 0 = x ∧ P ⁡ 1 = y ∧ P ⁡ 2 = z ∧ I ⁡ F ⁡ 0 = x y ∧ I ⁡ F ⁡ 1 = y z