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Theorem php3 7063
Description: Corollary of Pigeonhole Principle. If  A is finite and  B is a proper subset of  A, the  B is strictly less numerous than  A. Stronger version of Corollary 6C of [Enderton] p. 135. (Contributed by NM, 22-Aug-2008.)
Assertion
Ref Expression
php3  |-  ( ( A  e.  Fin  /\  B  C.  A )  ->  B  ~<  A )

Proof of Theorem php3
Dummy variables  x  f  y are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 isfi 6901 . . 3  |-  ( A  e.  Fin  <->  E. x  e.  om  A  ~~  x
)
2 relen 6884 . . . . . . . . 9  |-  Rel  ~~
32brrelexi 4745 . . . . . . . 8  |-  ( A 
~~  x  ->  A  e.  _V )
4 pssss 3284 . . . . . . . 8  |-  ( B 
C.  A  ->  B  C_  A )
5 ssdomg 6923 . . . . . . . . 9  |-  ( A  e.  _V  ->  ( B  C_  A  ->  B  ~<_  A ) )
65imp 418 . . . . . . . 8  |-  ( ( A  e.  _V  /\  B  C_  A )  ->  B  ~<_  A )
73, 4, 6syl2an 463 . . . . . . 7  |-  ( ( A  ~~  x  /\  B  C.  A )  ->  B  ~<_  A )
87adantll 694 . . . . . 6  |-  ( ( ( x  e.  om  /\  A  ~~  x )  /\  B  C.  A
)  ->  B  ~<_  A )
9 bren 6887 . . . . . . . . 9  |-  ( A 
~~  x  <->  E. f 
f : A -1-1-onto-> x )
10 imass2 5065 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( B 
C_  A  ->  (
f " B ) 
C_  ( f " A ) )
114, 10syl 15 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( B 
C.  A  ->  (
f " B ) 
C_  ( f " A ) )
1211adantl 452 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( f : A -1-1-onto-> x  /\  B  C.  A )  -> 
( f " B
)  C_  ( f " A ) )
13 pssnel 3532 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( B 
C.  A  ->  E. y
( y  e.  A  /\  -.  y  e.  B
) )
14 eldif 3175 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( y  e.  ( A  \  B )  <->  ( y  e.  A  /\  -.  y  e.  B ) )
15 f1ofn 5489 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  f  Fn  A )
16 difss 3316 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23  |-  ( A 
\  B )  C_  A
17 fnfvima 5772 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24  |-  ( ( f  Fn  A  /\  ( A  \  B ) 
C_  A  /\  y  e.  ( A  \  B
) )  ->  (
f `  y )  e.  ( f " ( A  \  B ) ) )
18173expia 1153 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23  |-  ( ( f  Fn  A  /\  ( A  \  B ) 
C_  A )  -> 
( y  e.  ( A  \  B )  ->  ( f `  y )  e.  ( f " ( A 
\  B ) ) ) )
1915, 16, 18sylancl 643 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  ( y  e.  ( A  \  B )  ->  (
f `  y )  e.  ( f " ( A  \  B ) ) ) )
20 dff1o3 5494 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  <->  ( f : A -onto-> x  /\  Fun  `' f ) )
2120simprbi 450 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  Fun  `' f )
22 imadif 5343 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24  |-  ( Fun  `' f  ->  ( f
" ( A  \  B ) )  =  ( ( f " A )  \  (
f " B ) ) )
2321, 22syl 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  ( f
" ( A  \  B ) )  =  ( ( f " A )  \  (
f " B ) ) )
2423eleq2d 2363 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  ( ( f `  y )  e.  ( f "
( A  \  B
) )  <->  ( f `  y )  e.  ( ( f " A
)  \  ( f " B ) ) ) )
2519, 24sylibd 205 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  ( y  e.  ( A  \  B )  ->  (
f `  y )  e.  ( ( f " A )  \  (
f " B ) ) ) )
26 n0i 3473 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( ( f `  y )  e.  ( ( f
" A )  \ 
( f " B
) )  ->  -.  ( ( f " A )  \  (
f " B ) )  =  (/) )
2725, 26syl6 29 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  ( y  e.  ( A  \  B )  ->  -.  ( ( f " A )  \  (
f " B ) )  =  (/) ) )
2814, 27syl5bir 209 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  ( ( y  e.  A  /\  -.  y  e.  B
)  ->  -.  (
( f " A
)  \  ( f " B ) )  =  (/) ) )
2928exlimdv 1626 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  ( E. y ( y  e.  A  /\  -.  y  e.  B )  ->  -.  ( ( f " A )  \  (
f " B ) )  =  (/) ) )
3029imp 418 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( f : A -1-1-onto-> x  /\  E. y ( y  e.  A  /\  -.  y  e.  B ) )  ->  -.  ( ( f " A )  \  (
f " B ) )  =  (/) )
3113, 30sylan2 460 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( f : A -1-1-onto-> x  /\  B  C.  A )  ->  -.  ( ( f " A )  \  (
f " B ) )  =  (/) )
32 ssdif0 3526 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( f " A ) 
C_  ( f " B )  <->  ( (
f " A ) 
\  ( f " B ) )  =  (/) )
3331, 32sylnibr 296 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( f : A -1-1-onto-> x  /\  B  C.  A )  ->  -.  ( f " A
)  C_  ( f " B ) )
34 dfpss3 3275 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( f " B ) 
C.  ( f " A )  <->  ( (
f " B ) 
C_  ( f " A )  /\  -.  ( f " A
)  C_  ( f " B ) ) )
3512, 33, 34sylanbrc 645 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( f : A -1-1-onto-> x  /\  B  C.  A )  -> 
( f " B
)  C.  ( f " A ) )
36 imadmrn 5040 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( f
" dom  f )  =  ran  f
37 f1odm 5492 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  dom  f  =  A )
3837imaeq2d 5028 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  ( f
" dom  f )  =  ( f " A ) )
39 f1ofo 5495 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  f : A -onto-> x )
40 forn 5470 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( f : A -onto-> x  ->  ran  f  =  x
)
4139, 40syl 15 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  ran  f  =  x )
4236, 38, 413eqtr3a 2352 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  ( f
" A )  =  x )
4342psseq2d 3282 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  ( ( f " B ) 
C.  ( f " A )  <->  ( f " B )  C.  x
) )
4443adantr 451 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( f : A -1-1-onto-> x  /\  B  C.  A )  -> 
( ( f " B )  C.  (
f " A )  <-> 
( f " B
)  C.  x )
)
4535, 44mpbid 201 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( f : A -1-1-onto-> x  /\  B  C.  A )  -> 
( f " B
)  C.  x )
46 php 7061 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( x  e.  om  /\  ( f " B
)  C.  x )  ->  -.  x  ~~  (
f " B ) )
4745, 46sylan2 460 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( x  e.  om  /\  ( f : A -1-1-onto-> x  /\  B  C.  A ) )  ->  -.  x  ~~  ( f " B
) )
48 f1of1 5487 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( f : A -1-1-onto-> x  ->  f : A -1-1-> x )
49 f1ores 5503 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( f : A -1-1-> x  /\  B  C_  A )  ->  ( f  |`  B ) : B -1-1-onto-> (
f " B ) )
5048, 4, 49syl2an 463 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( f : A -1-1-onto-> x  /\  B  C.  A )  -> 
( f  |`  B ) : B -1-1-onto-> ( f " B
) )
51 vex 2804 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  f  e. 
_V
5251resex 5011 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( f  |`  B )  e.  _V
53 f1oeq1 5479 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( y  =  ( f  |`  B )  ->  (
y : B -1-1-onto-> ( f
" B )  <->  ( f  |`  B ) : B -1-1-onto-> (
f " B ) ) )
5452, 53spcev 2888 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( f  |`  B ) : B -1-1-onto-> ( f " B
)  ->  E. y 
y : B -1-1-onto-> ( f
" B ) )
55 bren 6887 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( B 
~~  ( f " B )  <->  E. y 
y : B -1-1-onto-> ( f
" B ) )
5654, 55sylibr 203 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( f  |`  B ) : B -1-1-onto-> ( f " B
)  ->  B  ~~  ( f " B
) )
5750, 56syl 15 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( f : A -1-1-onto-> x  /\  B  C.  A )  ->  B  ~~  ( f " B ) )
58 entr 6929 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( x  ~~  B  /\  B  ~~  ( f " B ) )  ->  x  ~~  ( f " B ) )
5958expcom 424 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( B 
~~  ( f " B )  ->  (
x  ~~  B  ->  x 
~~  ( f " B ) ) )
6057, 59syl 15 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( f : A -1-1-onto-> x  /\  B  C.  A )  -> 
( x  ~~  B  ->  x  ~~  ( f
" B ) ) )
6160adantl 452 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( x  e.  om  /\  ( f : A -1-1-onto-> x  /\  B  C.  A ) )  ->  ( x  ~~  B  ->  x  ~~  ( f " B
) ) )
6247, 61mtod 168 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( x  e.  om  /\  ( f : A -1-1-onto-> x  /\  B  C.  A ) )  ->  -.  x  ~~  B )
6362exp32 588 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  om  ->  (
f : A -1-1-onto-> x  -> 
( B  C.  A  ->  -.  x  ~~  B
) ) )
6463exlimdv 1626 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  om  ->  ( E. f  f : A
-1-1-onto-> x  ->  ( B  C.  A  ->  -.  x  ~~  B ) ) )
659, 64syl5bi 208 . . . . . . . 8  |-  ( x  e.  om  ->  ( A  ~~  x  ->  ( B  C.  A  ->  -.  x  ~~  B ) ) )
6665imp31 421 . . . . . . 7  |-  ( ( ( x  e.  om  /\  A  ~~  x )  /\  B  C.  A
)  ->  -.  x  ~~  B )
67 entr 6929 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( B  ~~  A  /\  A  ~~  x )  ->  B  ~~  x )
6867ex 423 . . . . . . . . 9  |-  ( B 
~~  A  ->  ( A  ~~  x  ->  B  ~~  x ) )
69 ensym 6926 . . . . . . . . 9  |-  ( B 
~~  x  ->  x  ~~  B )
7068, 69syl6com 31 . . . . . . . 8  |-  ( A 
~~  x  ->  ( B  ~~  A  ->  x  ~~  B ) )
7170ad2antlr 707 . . . . . . 7  |-  ( ( ( x  e.  om  /\  A  ~~  x )  /\  B  C.  A
)  ->  ( B  ~~  A  ->  x  ~~  B ) )
7266, 71mtod 168 . . . . . 6  |-  ( ( ( x  e.  om  /\  A  ~~  x )  /\  B  C.  A
)  ->  -.  B  ~~  A )
73 brsdom 6900 . . . . . 6  |-  ( B 
~<  A  <->  ( B  ~<_  A  /\  -.  B  ~~  A ) )
748, 72, 73sylanbrc 645 . . . . 5  |-  ( ( ( x  e.  om  /\  A  ~~  x )  /\  B  C.  A
)  ->  B  ~<  A )
7574exp31 587 . . . 4  |-  ( x  e.  om  ->  ( A  ~~  x  ->  ( B  C.  A  ->  B  ~<  A ) ) )
7675rexlimiv 2674 . . 3  |-  ( E. x  e.  om  A  ~~  x  ->  ( B 
C.  A  ->  B  ~<  A ) )
771, 76sylbi 187 . 2  |-  ( A  e.  Fin  ->  ( B  C.  A  ->  B  ~<  A ) )
7877imp 418 1  |-  ( ( A  e.  Fin  /\  B  C.  A )  ->  B  ~<  A )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 176    /\ wa 358   E.wex 1531    = wceq 1632    e. wcel 1696   E.wrex 2557   _Vcvv 2801    \ cdif 3162    C_ wss 3165    C. wpss 3166   (/)c0 3468   class class class wbr 4039   omcom 4672   `'ccnv 4704   dom cdm 4705   ran crn 4706    |` cres 4707   "cima 4708   Fun wfun 5265    Fn wfn 5266   -1-1->wf1 5268   -onto->wfo 5269   -1-1-onto->wf1o 5270   ` cfv 5271    ~~ cen 6876    ~<_ cdom 6877    ~< csdm 6878   Fincfn 6879
This theorem is referenced by:  pssinf  7089  f1finf1o  7102  findcard3  7116  fofinf1o  7153  ackbij1b  7881  fincssdom  7965  fin23lem25  7966  canthp1lem2  8291  pwfseqlem4  8300  uzindi  11059  pgpssslw  14941  pgpfaclem2  15333  ppiltx  20431  finminlem  26334  symggen  27514
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1536  ax-5 1547  ax-17 1606  ax-9 1644  ax-8 1661  ax-13 1698  ax-14 1700  ax-6 1715  ax-7 1720  ax-11 1727  ax-12 1878  ax-ext 2277  ax-sep 4157  ax-nul 4165  ax-pow 4204  ax-pr 4230  ax-un 4528
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1532  df-nf 1535  df-sb 1639  df-eu 2160  df-mo 2161  df-clab 2283  df-cleq 2289  df-clel 2292  df-nfc 2421  df-ne 2461  df-ral 2561  df-rex 2562  df-rab 2565  df-v 2803  df-sbc 3005  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-pss 3181  df-nul 3469  df-if 3579  df-pw 3640  df-sn 3659  df-pr 3660  df-tp 3661  df-op 3662  df-uni 3844  df-br 4040  df-opab 4094  df-tr 4130  df-eprel 4321  df-id 4325  df-po 4330  df-so 4331  df-fr 4368  df-we 4370  df-ord 4411  df-on 4412  df-lim 4413  df-suc 4414  df-om 4673  df-xp 4711  df-rel 4712  df-cnv 4713  df-co 4714  df-dm 4715  df-rn 4716  df-res 4717  df-ima 4718  df-iota 5235  df-fun 5273  df-fn 5274  df-f 5275  df-f1 5276  df-fo 5277  df-f1o 5278  df-fv 5279  df-er 6676  df-en 6880  df-dom 6881  df-sdom 6882  df-fin 6883
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