Metamath Proof Explorer


Theorem 4cycl2vnunb

Description: In a 4-cycle, two distinct vertices have not a unique common neighbor. (Contributed by Alexander van der Vekens, 19-Nov-2017) (Revised by AV, 2-Apr-2021)

Ref Expression
Assertion 4cycl2vnunb ( ( ( { 𝐴 , 𝐵 } ∈ 𝐸 ∧ { 𝐵 , 𝐶 } ∈ 𝐸 ) ∧ ( { 𝐶 , 𝐷 } ∈ 𝐸 ∧ { 𝐷 , 𝐴 } ∈ 𝐸 ) ∧ ( 𝐵𝑉𝐷𝑉𝐵𝐷 ) ) → ¬ ∃! 𝑥𝑉 { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 4cycl2v2nb ( ( ( { 𝐴 , 𝐵 } ∈ 𝐸 ∧ { 𝐵 , 𝐶 } ∈ 𝐸 ) ∧ ( { 𝐶 , 𝐷 } ∈ 𝐸 ∧ { 𝐷 , 𝐴 } ∈ 𝐸 ) ) → ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) )
2 preq2 ( 𝑥 = 𝐵 → { 𝐴 , 𝑥 } = { 𝐴 , 𝐵 } )
3 preq1 ( 𝑥 = 𝐵 → { 𝑥 , 𝐶 } = { 𝐵 , 𝐶 } )
4 2 3 preq12d ( 𝑥 = 𝐵 → { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } = { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } )
5 4 sseq1d ( 𝑥 = 𝐵 → ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ↔ { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) )
6 5 anbi1d ( 𝑥 = 𝐵 → ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ↔ ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ) )
7 neeq1 ( 𝑥 = 𝐵 → ( 𝑥𝑦𝐵𝑦 ) )
8 6 7 anbi12d ( 𝑥 = 𝐵 → ( ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) ↔ ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝐵𝑦 ) ) )
9 preq2 ( 𝑦 = 𝐷 → { 𝐴 , 𝑦 } = { 𝐴 , 𝐷 } )
10 preq1 ( 𝑦 = 𝐷 → { 𝑦 , 𝐶 } = { 𝐷 , 𝐶 } )
11 9 10 preq12d ( 𝑦 = 𝐷 → { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } = { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } )
12 11 sseq1d ( 𝑦 = 𝐷 → ( { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ↔ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) )
13 12 anbi2d ( 𝑦 = 𝐷 → ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ↔ ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ) )
14 neeq2 ( 𝑦 = 𝐷 → ( 𝐵𝑦𝐵𝐷 ) )
15 13 14 anbi12d ( 𝑦 = 𝐷 → ( ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝐵𝑦 ) ↔ ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝐵𝐷 ) ) )
16 8 15 rspc2ev ( ( 𝐵𝑉𝐷𝑉 ∧ ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝐵𝐷 ) ) → ∃ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) )
17 16 3expa ( ( ( 𝐵𝑉𝐷𝑉 ) ∧ ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝐵𝐷 ) ) → ∃ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) )
18 17 expcom ( ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝐵𝐷 ) → ( ( 𝐵𝑉𝐷𝑉 ) → ∃ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) ) )
19 18 ex ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → ( 𝐵𝐷 → ( ( 𝐵𝑉𝐷𝑉 ) → ∃ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) ) ) )
20 19 com13 ( ( 𝐵𝑉𝐷𝑉 ) → ( 𝐵𝐷 → ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → ∃ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) ) ) )
21 20 3impia ( ( 𝐵𝑉𝐷𝑉𝐵𝐷 ) → ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → ∃ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) ) )
22 21 impcom ( ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ ( 𝐵𝑉𝐷𝑉𝐵𝐷 ) ) → ∃ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) )
23 rexnal ( ∃ 𝑥𝑉 ¬ ∀ 𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → 𝑥 = 𝑦 ) ↔ ¬ ∀ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → 𝑥 = 𝑦 ) )
24 rexnal ( ∃ 𝑦𝑉 ¬ ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → 𝑥 = 𝑦 ) ↔ ¬ ∀ 𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → 𝑥 = 𝑦 ) )
25 annim ( ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ ¬ 𝑥 = 𝑦 ) ↔ ¬ ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → 𝑥 = 𝑦 ) )
26 df-ne ( 𝑥𝑦 ↔ ¬ 𝑥 = 𝑦 )
27 26 bicomi ( ¬ 𝑥 = 𝑦𝑥𝑦 )
28 27 anbi2i ( ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ ¬ 𝑥 = 𝑦 ) ↔ ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) )
29 25 28 bitr3i ( ¬ ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → 𝑥 = 𝑦 ) ↔ ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) )
30 29 rexbii ( ∃ 𝑦𝑉 ¬ ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → 𝑥 = 𝑦 ) ↔ ∃ 𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) )
31 24 30 bitr3i ( ¬ ∀ 𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → 𝑥 = 𝑦 ) ↔ ∃ 𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) )
32 31 rexbii ( ∃ 𝑥𝑉 ¬ ∀ 𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → 𝑥 = 𝑦 ) ↔ ∃ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) )
33 23 32 bitr3i ( ¬ ∀ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → 𝑥 = 𝑦 ) ↔ ∃ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ 𝑥𝑦 ) )
34 22 33 sylibr ( ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ ( 𝐵𝑉𝐷𝑉𝐵𝐷 ) ) → ¬ ∀ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → 𝑥 = 𝑦 ) )
35 34 intnand ( ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ ( 𝐵𝑉𝐷𝑉𝐵𝐷 ) ) → ¬ ( ∃ 𝑥𝑉 { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ ∀ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → 𝑥 = 𝑦 ) ) )
36 preq2 ( 𝑥 = 𝑦 → { 𝐴 , 𝑥 } = { 𝐴 , 𝑦 } )
37 preq1 ( 𝑥 = 𝑦 → { 𝑥 , 𝐶 } = { 𝑦 , 𝐶 } )
38 36 37 preq12d ( 𝑥 = 𝑦 → { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } = { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } )
39 38 sseq1d ( 𝑥 = 𝑦 → ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ↔ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) )
40 39 reu4 ( ∃! 𝑥𝑉 { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ↔ ( ∃ 𝑥𝑉 { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ ∀ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝑦 } , { 𝑦 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) → 𝑥 = 𝑦 ) ) )
41 35 40 sylnibr ( ( ( { { 𝐴 , 𝐵 } , { 𝐵 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ∧ { { 𝐴 , 𝐷 } , { 𝐷 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 ) ∧ ( 𝐵𝑉𝐷𝑉𝐵𝐷 ) ) → ¬ ∃! 𝑥𝑉 { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 )
42 1 41 stoic3 ( ( ( { 𝐴 , 𝐵 } ∈ 𝐸 ∧ { 𝐵 , 𝐶 } ∈ 𝐸 ) ∧ ( { 𝐶 , 𝐷 } ∈ 𝐸 ∧ { 𝐷 , 𝐴 } ∈ 𝐸 ) ∧ ( 𝐵𝑉𝐷𝑉𝐵𝐷 ) ) → ¬ ∃! 𝑥𝑉 { { 𝐴 , 𝑥 } , { 𝑥 , 𝐶 } } ⊆ 𝐸 )