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Theorem clwwlknclwwlkdifnum 30009
Description: In a 𝐾-regular graph, the size of the set 𝐴 of walks of length 𝑁 starting with a fixed vertex 𝑋 and ending not at this vertex is the difference between 𝐾 to the power of 𝑁 and the size of the set 𝐵 of closed walks of length 𝑁 anchored at this vertex 𝑋. (Contributed by Alexander van der Vekens, 30-Sep-2018.) (Revised by AV, 7-May-2021.) (Revised by AV, 8-Mar-2022.) (Proof shortened by AV, 16-Mar-2022.)
Hypotheses
Ref Expression
clwwlknclwwlkdif.a 𝐴 = {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ ((𝑤‘0) = 𝑋 ∧ (lastS‘𝑤) ≠ 𝑋)}
clwwlknclwwlkdif.b 𝐵 = (𝑋(𝑁 WWalksNOn 𝐺)𝑋)
clwwlknclwwlkdifnum.v 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
Assertion
Ref Expression
clwwlknclwwlkdifnum (((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → (♯‘𝐴) = ((𝐾𝑁) − (♯‘𝐵)))
Distinct variable groups:   𝑤,𝐺   𝑤,𝑁   𝑤,𝑋   𝑤,𝐾   𝑤,𝑉
Allowed substitution hints:   𝐴(𝑤)   𝐵(𝑤)

Proof of Theorem clwwlknclwwlkdifnum
StepHypRef Expression
1 clwwlknclwwlkdif.a . . . . 5 𝐴 = {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ ((𝑤‘0) = 𝑋 ∧ (lastS‘𝑤) ≠ 𝑋)}
2 clwwlknclwwlkdif.b . . . . 5 𝐵 = (𝑋(𝑁 WWalksNOn 𝐺)𝑋)
3 eqid 2735 . . . . 5 {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋} = {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋}
41, 2, 3clwwlknclwwlkdif 30008 . . . 4 𝐴 = ({𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋} ∖ 𝐵)
54fveq2i 6910 . . 3 (♯‘𝐴) = (♯‘({𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋} ∖ 𝐵))
65a1i 11 . 2 (((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → (♯‘𝐴) = (♯‘({𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋} ∖ 𝐵)))
7 clwwlknclwwlkdifnum.v . . . . . . . 8 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
87eleq1i 2830 . . . . . . 7 (𝑉 ∈ Fin ↔ (Vtx‘𝐺) ∈ Fin)
98biimpi 216 . . . . . 6 (𝑉 ∈ Fin → (Vtx‘𝐺) ∈ Fin)
109adantl 481 . . . . 5 ((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) → (Vtx‘𝐺) ∈ Fin)
1110adantr 480 . . . 4 (((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → (Vtx‘𝐺) ∈ Fin)
12 wwlksnfi 29936 . . . 4 ((Vtx‘𝐺) ∈ Fin → (𝑁 WWalksN 𝐺) ∈ Fin)
13 rabfi 9301 . . . 4 ((𝑁 WWalksN 𝐺) ∈ Fin → {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋} ∈ Fin)
1411, 12, 133syl 18 . . 3 (((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋} ∈ Fin)
157iswwlksnon 29883 . . . . . . . 8 (𝑋(𝑁 WWalksNOn 𝐺)𝑋) = {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ ((𝑤‘0) = 𝑋 ∧ (𝑤𝑁) = 𝑋)}
16 ancom 460 . . . . . . . . 9 (((𝑤‘0) = 𝑋 ∧ (𝑤𝑁) = 𝑋) ↔ ((𝑤𝑁) = 𝑋 ∧ (𝑤‘0) = 𝑋))
1716rabbii 3439 . . . . . . . 8 {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ ((𝑤‘0) = 𝑋 ∧ (𝑤𝑁) = 𝑋)} = {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ ((𝑤𝑁) = 𝑋 ∧ (𝑤‘0) = 𝑋)}
1815, 17eqtri 2763 . . . . . . 7 (𝑋(𝑁 WWalksNOn 𝐺)𝑋) = {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ ((𝑤𝑁) = 𝑋 ∧ (𝑤‘0) = 𝑋)}
1918a1i 11 . . . . . 6 ((𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑋(𝑁 WWalksNOn 𝐺)𝑋) = {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ ((𝑤𝑁) = 𝑋 ∧ (𝑤‘0) = 𝑋)})
202, 19eqtrid 2787 . . . . 5 ((𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0) → 𝐵 = {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ ((𝑤𝑁) = 𝑋 ∧ (𝑤‘0) = 𝑋)})
21 simpr 484 . . . . . . 7 (((𝑤𝑁) = 𝑋 ∧ (𝑤‘0) = 𝑋) → (𝑤‘0) = 𝑋)
2221a1i 11 . . . . . 6 (𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) → (((𝑤𝑁) = 𝑋 ∧ (𝑤‘0) = 𝑋) → (𝑤‘0) = 𝑋))
2322ss2rabi 4087 . . . . 5 {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ ((𝑤𝑁) = 𝑋 ∧ (𝑤‘0) = 𝑋)} ⊆ {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋}
2420, 23eqsstrdi 4050 . . . 4 ((𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0) → 𝐵 ⊆ {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋})
2524adantl 481 . . 3 (((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → 𝐵 ⊆ {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋})
26 hashssdif 14448 . . 3 (({𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋} ∈ Fin ∧ 𝐵 ⊆ {𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋}) → (♯‘({𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋} ∖ 𝐵)) = ((♯‘{𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋}) − (♯‘𝐵)))
2714, 25, 26syl2anc 584 . 2 (((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → (♯‘({𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋} ∖ 𝐵)) = ((♯‘{𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋}) − (♯‘𝐵)))
28 simpl 482 . . . . 5 ((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) → 𝐺 RegUSGraph 𝐾)
2928adantr 480 . . . 4 (((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → 𝐺 RegUSGraph 𝐾)
30 simpr 484 . . . . 5 ((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) → 𝑉 ∈ Fin)
3130adantr 480 . . . 4 (((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → 𝑉 ∈ Fin)
32 simpl 482 . . . . 5 ((𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑋𝑉)
3332adantl 481 . . . 4 (((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → 𝑋𝑉)
34 simpr 484 . . . . 5 ((𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℕ0)
3534adantl 481 . . . 4 (((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → 𝑁 ∈ ℕ0)
367rusgrnumwwlkg 30006 . . . 4 ((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → (♯‘{𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋}) = (𝐾𝑁))
3729, 31, 33, 35, 36syl13anc 1371 . . 3 (((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → (♯‘{𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋}) = (𝐾𝑁))
3837oveq1d 7446 . 2 (((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → ((♯‘{𝑤 ∈ (𝑁 WWalksN 𝐺) ∣ (𝑤‘0) = 𝑋}) − (♯‘𝐵)) = ((𝐾𝑁) − (♯‘𝐵)))
396, 27, 383eqtrd 2779 1 (((𝐺 RegUSGraph 𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉𝑁 ∈ ℕ0)) → (♯‘𝐴) = ((𝐾𝑁) − (♯‘𝐵)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395   = wceq 1537  wcel 2106  wne 2938  {crab 3433  cdif 3960  wss 3963   class class class wbr 5148  cfv 6563  (class class class)co 7431  Fincfn 8984  0cc0 11153  cmin 11490  0cn0 12524  cexp 14099  chash 14366  lastSclsw 14597  Vtxcvtx 29028   RegUSGraph crusgr 29589   WWalksN cwwlksn 29856   WWalksNOn cwwlksnon 29857
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1908  ax-6 1965  ax-7 2005  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2139  ax-11 2155  ax-12 2175  ax-ext 2706  ax-rep 5285  ax-sep 5302  ax-nul 5312  ax-pow 5371  ax-pr 5438  ax-un 7754  ax-inf2 9679  ax-cnex 11209  ax-resscn 11210  ax-1cn 11211  ax-icn 11212  ax-addcl 11213  ax-addrcl 11214  ax-mulcl 11215  ax-mulrcl 11216  ax-mulcom 11217  ax-addass 11218  ax-mulass 11219  ax-distr 11220  ax-i2m1 11221  ax-1ne0 11222  ax-1rid 11223  ax-rnegex 11224  ax-rrecex 11225  ax-cnre 11226  ax-pre-lttri 11227  ax-pre-lttrn 11228  ax-pre-ltadd 11229  ax-pre-mulgt0 11230  ax-pre-sup 11231
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2063  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2727  df-clel 2814  df-nfc 2890  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-rmo 3378  df-reu 3379  df-rab 3434  df-v 3480  df-sbc 3792  df-csb 3909  df-dif 3966  df-un 3968  df-in 3970  df-ss 3980  df-pss 3983  df-nul 4340  df-if 4532  df-pw 4607  df-sn 4632  df-pr 4634  df-op 4638  df-uni 4913  df-int 4952  df-iun 4998  df-disj 5116  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5583  df-eprel 5589  df-po 5597  df-so 5598  df-fr 5641  df-se 5642  df-we 5643  df-xp 5695  df-rel 5696  df-cnv 5697  df-co 5698  df-dm 5699  df-rn 5700  df-res 5701  df-ima 5702  df-pred 6323  df-ord 6389  df-on 6390  df-lim 6391  df-suc 6392  df-iota 6516  df-fun 6565  df-fn 6566  df-f 6567  df-f1 6568  df-fo 6569  df-f1o 6570  df-fv 6571  df-isom 6572  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-om 7888  df-1st 8013  df-2nd 8014  df-frecs 8305  df-wrecs 8336  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-1o 8505  df-2o 8506  df-oadd 8509  df-er 8744  df-map 8867  df-pm 8868  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-fin 8988  df-sup 9480  df-oi 9548  df-dju 9939  df-card 9977  df-pnf 11295  df-mnf 11296  df-xr 11297  df-ltxr 11298  df-le 11299  df-sub 11492  df-neg 11493  df-div 11919  df-nn 12265  df-2 12327  df-3 12328  df-n0 12525  df-xnn0 12598  df-z 12612  df-uz 12877  df-rp 13033  df-xadd 13153  df-fz 13545  df-fzo 13692  df-seq 14040  df-exp 14100  df-hash 14367  df-word 14550  df-lsw 14598  df-concat 14606  df-s1 14631  df-substr 14676  df-pfx 14706  df-cj 15135  df-re 15136  df-im 15137  df-sqrt 15271  df-abs 15272  df-clim 15521  df-sum 15720  df-vtx 29030  df-iedg 29031  df-edg 29080  df-uhgr 29090  df-ushgr 29091  df-upgr 29114  df-umgr 29115  df-uspgr 29182  df-usgr 29183  df-fusgr 29349  df-nbgr 29365  df-vtxdg 29499  df-rgr 29590  df-rusgr 29591  df-wwlks 29860  df-wwlksn 29861  df-wwlksnon 29862
This theorem is referenced by:  numclwwlkqhash  30404
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