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Theorem usgr2wlkneq

Description: The vertices and edges are pairwise different in a walk of length 2 in a simple graph. (Contributed by Alexander van der Vekens, 2-Mar-2018) (Revised by AV, 26-Jan-2021)

Ref Expression
Assertion usgr2wlkneq ⊢ G ∈ USGraph ∧ F Walks ⁡ G P ∧ F = 2 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ F → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 usgrupgr ⊢ G ∈ USGraph → G ∈ UPGraph
2 eqid ⊢ Vtx ⁡ G = Vtx ⁡ G
3 eqid ⊢ iEdg ⁡ G = iEdg ⁡ G
4 2 3 upgriswlk ⊢ G ∈ UPGraph → F Walks ⁡ G P ↔ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G ∧ P : 0 … F ⟶ Vtx ⁡ G ∧ ∀ k ∈ 0 ..^ F iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1
5 1 4 syl ⊢ G ∈ USGraph → F Walks ⁡ G P ↔ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G ∧ P : 0 … F ⟶ Vtx ⁡ G ∧ ∀ k ∈ 0 ..^ F iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1
6 2wlklem ⊢ ∀ k ∈ 0 1 iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 ↔ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
7 simplll ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G → G ∈ USGraph
8 fvex ⊢ P ⁡ 0 ∈ V
9 3 usgrnloopv ⊢ G ∈ USGraph ∧ P ⁡ 0 ∈ V → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1
10 7 8 9 sylancl ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1
11 fvex ⊢ P ⁡ 1 ∈ V
12 3 usgrnloopv ⊢ G ∈ USGraph ∧ P ⁡ 1 ∈ V → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2
13 7 11 12 sylancl ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2
14 10 13 anim12d ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2
15 fveqeq2 ⊢ F ⁡ 0 = F ⁡ 1 → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ↔ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 0 P ⁡ 1
16 eqtr2 ⊢ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 P ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2
17 prcom ⊢ P ⁡ 1 P ⁡ 2 = P ⁡ 2 P ⁡ 1
18 17 eqeq2i ⊢ P ⁡ 0 P ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 ↔ P ⁡ 0 P ⁡ 1 = P ⁡ 2 P ⁡ 1
19 fvex ⊢ P ⁡ 2 ∈ V
20 8 19 preqr1 ⊢ P ⁡ 0 P ⁡ 1 = P ⁡ 2 P ⁡ 1 → P ⁡ 0 = P ⁡ 2
21 18 20 sylbi ⊢ P ⁡ 0 P ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 = P ⁡ 2
22 16 21 syl ⊢ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 = P ⁡ 2
23 22 ex ⊢ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 = P ⁡ 2
24 15 23 biimtrdi ⊢ F ⁡ 0 = F ⁡ 1 → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 = P ⁡ 2
25 24 impd ⊢ F ⁡ 0 = F ⁡ 1 → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 = P ⁡ 2
26 25 com12 ⊢ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → F ⁡ 0 = F ⁡ 1 → P ⁡ 0 = P ⁡ 2
27 26 necon3d ⊢ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 → F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
28 27 com12 ⊢ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
29 28 adantr ⊢ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
30 simpl ⊢ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1
31 30 adantl ⊢ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1
32 simpl ⊢ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2
33 simprr ⊢ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 → P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2
34 31 32 33 3jca ⊢ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2
35 29 34 jctild ⊢ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
36 35 ex ⊢ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
37 36 com23 ⊢ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
38 37 adantl ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
39 38 adantr ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
40 14 39 mpdd ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G → iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 0 = P ⁡ 0 P ⁡ 1 ∧ iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ 1 = P ⁡ 1 P ⁡ 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
41 6 40 biimtrid ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G → ∀ k ∈ 0 1 iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
42 41 ex ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 → P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G → ∀ k ∈ 0 1 iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
43 42 com23 ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 → ∀ k ∈ 0 1 iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 → P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
44 43 ex ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 → ∀ k ∈ 0 1 iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 → P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
45 fveq2 ⊢ F = 2 → P ⁡ F = P ⁡ 2
46 45 neeq2d ⊢ F = 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ F ↔ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2
47 oveq2 ⊢ F = 2 → 0 ..^ F = 0 ..^ 2
48 fzo0to2pr ⊢ 0 ..^ 2 = 0 1
49 47 48 eqtrdi ⊢ F = 2 → 0 ..^ F = 0 1
50 49 raleqdv ⊢ F = 2 → ∀ k ∈ 0 ..^ F iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 ↔ ∀ k ∈ 0 1 iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1
51 oveq2 ⊢ F = 2 → 0 … F = 0 … 2
52 51 feq2d ⊢ F = 2 → P : 0 … F ⟶ Vtx ⁡ G ↔ P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G
53 52 imbi1d ⊢ F = 2 → P : 0 … F ⟶ Vtx ⁡ G → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1 ↔ P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
54 50 53 imbi12d ⊢ F = 2 → ∀ k ∈ 0 ..^ F iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 → P : 0 … F ⟶ Vtx ⁡ G → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1 ↔ ∀ k ∈ 0 1 iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 → P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
55 46 54 imbi12d ⊢ F = 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ F → ∀ k ∈ 0 ..^ F iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 → P : 0 … F ⟶ Vtx ⁡ G → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1 ↔ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 → ∀ k ∈ 0 1 iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 → P : 0 … 2 ⟶ Vtx ⁡ G → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
56 44 55 syl5ibrcom ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G → F = 2 → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ F → ∀ k ∈ 0 ..^ F iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 → P : 0 … F ⟶ Vtx ⁡ G → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
57 56 impd ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G → F = 2 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ F → ∀ k ∈ 0 ..^ F iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 → P : 0 … F ⟶ Vtx ⁡ G → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
58 57 com24 ⊢ G ∈ USGraph ∧ F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G → P : 0 … F ⟶ Vtx ⁡ G → ∀ k ∈ 0 ..^ F iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 → F = 2 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ F → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
59 58 ex ⊢ G ∈ USGraph → F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G → P : 0 … F ⟶ Vtx ⁡ G → ∀ k ∈ 0 ..^ F iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 → F = 2 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ F → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
60 59 3impd ⊢ G ∈ USGraph → F ∈ Word dom ⁡ iEdg ⁡ G ∧ P : 0 … F ⟶ Vtx ⁡ G ∧ ∀ k ∈ 0 ..^ F iEdg ⁡ G ⁡ F ⁡ k = P ⁡ k P ⁡ k + 1 → F = 2 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ F → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
61 5 60 sylbid ⊢ G ∈ USGraph → F Walks ⁡ G P → F = 2 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ F → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1
62 61 imp31 ⊢ G ∈ USGraph ∧ F Walks ⁡ G P ∧ F = 2 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ F → P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 1 ∧ P ⁡ 0 ≠ P ⁡ 2 ∧ P ⁡ 1 ≠ P ⁡ 2 ∧ F ⁡ 0 ≠ F ⁡ 1