Theorem fiphp3d 37700

Description: Infinite pigeonhole principle for partitioning an infinite set between finitely many buckets. (Contributed by Stefan O'Rear, 18-Oct-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
fiphp3d.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ≈ ℕ)
fiphp3d.b	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ Fin)
fiphp3d.c	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → 𝐷 ∈ 𝐵)

Assertion

Ref	Expression
fiphp3d	⊢ (𝜑 → ∃𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ≈ ℕ)

Distinct variable groups:   𝑥,𝐴,𝑦   𝜑,𝑥,𝑦   𝑥,𝐵,𝑦   𝑦,𝐷

Allowed substitution hint:   𝐷(𝑥)

Proof of Theorem fiphp3d

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ominf 8213	. . . . 5 ⊢ ¬ ω ∈ Fin
2		fiphp3d.c	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → 𝐷 ∈ 𝐵)
3		risset 3091	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐷 ∈ 𝐵 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑦 = 𝐷)
4		eqcom 2658	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑦 = 𝐷 ↔ 𝐷 = 𝑦)
5	4	rexbii 3070	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑦 = 𝐷 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝐷 = 𝑦)
6	3, 5	bitri 264	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐷 ∈ 𝐵 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝐷 = 𝑦)
7	2, 6	sylib 208	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝐷 = 𝑦)
8	7	ralrimiva 2995	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝐷 = 𝑦)
9		rabid2 3148	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 = {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝐷 = 𝑦} ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝐷 = 𝑦)
10	8, 9	sylibr 224	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐴 = {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝐷 = 𝑦})
11		iunrab 4599	. . . . . . . 8 ⊢ ∪ 𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} = {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝐷 = 𝑦}
12	10, 11	syl6reqr 2704	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ∪ 𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} = 𝐴)
13	12	eleq1d 2715	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (∪ 𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin ↔ 𝐴 ∈ Fin))
14		fiphp3d.a	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ≈ ℕ)
15		nnenom 12819	. . . . . . . 8 ⊢ ℕ ≈ ω
16		entr 8049	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ≈ ℕ ∧ ℕ ≈ ω) → 𝐴 ≈ ω)
17	14, 15, 16	sylancl 695	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ≈ ω)
18		enfi 8217	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ≈ ω → (𝐴 ∈ Fin ↔ ω ∈ Fin))
19	17, 18	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∈ Fin ↔ ω ∈ Fin))
20	13, 19	bitrd 268	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (∪ 𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin ↔ ω ∈ Fin))
21	1, 20	mtbiri 316	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ¬ ∪ 𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin)
22		fiphp3d.b	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ Fin)
23		iunfi 8295	. . . . 5 ⊢ ((𝐵 ∈ Fin ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin) → ∪ 𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin)
24	22, 23	sylan 487	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin) → ∪ 𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin)
25	21, 24	mtand 692	. . 3 ⊢ (𝜑 → ¬ ∀𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin)
26		rexnal 3024	. . 3 ⊢ (∃𝑦 ∈ 𝐵 ¬ {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin ↔ ¬ ∀𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin)
27	25, 26	sylibr 224	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑦 ∈ 𝐵 ¬ {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin)
28	17, 15	jctir 560	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ≈ ω ∧ ℕ ≈ ω))
29		ssrab2 3720	. . . . . 6 ⊢ {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ⊆ 𝐴
30	29	jctl 563	. . . . 5 ⊢ (¬ {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin → ({𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ⊆ 𝐴 ∧ ¬ {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin))
31		ctbnfien 37699	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ≈ ω ∧ ℕ ≈ ω) ∧ ({𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ⊆ 𝐴 ∧ ¬ {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin)) → {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ≈ ℕ)
32	28, 30, 31	syl2an 493	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin) → {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ≈ ℕ)
33	32	ex 449	. . 3 ⊢ (𝜑 → (¬ {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin → {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ≈ ℕ))
34	33	reximdv 3045	. 2 ⊢ (𝜑 → (∃𝑦 ∈ 𝐵 ¬ {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ∈ Fin → ∃𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ≈ ℕ))
35	27, 34	mpd 15	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑦 ∈ 𝐵 {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ 𝐷 = 𝑦} ≈ ℕ)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 196   ∧ wa 383   = wceq 1523   ∈ wcel 2030  ∀wral 2941  ∃wrex 2942  {crab 2945   ⊆ wss 3607  ∪ ciun 4552   class class class wbr 4685  ωcom 7107   ≈ cen 7994  Fincfn 7997  ℕcn 11058

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-inf2 8576  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-int 4508  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-om 7108  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-1o 7605  df-oadd 7609  df-er 7787  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-nn 11059  df-n0 11331  df-z 11416  df-uz 11726

This theorem is referenced by:  pellexlem5  37714