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Theorem derangenlem 33569
Description: One half of derangen 33570. (Contributed by Mario Carneiro, 22-Jan-2015.)
Hypothesis
Ref Expression
derang.d 𝐷 = (𝑥 ∈ Fin ↦ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝑥1-1-onto𝑥 ∧ ∀𝑦𝑥 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
Assertion
Ref Expression
derangenlem ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → (𝐷𝐴) ≤ (𝐷𝐵))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑓,𝑦,𝐴   𝐵,𝑓,𝑥,𝑦
Allowed substitution hints:   𝐷(𝑥,𝑦,𝑓)

Proof of Theorem derangenlem
Dummy variables 𝑔 𝑠 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpl 484 . . . . 5 ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → 𝐴𝐵)
2 bren 8852 . . . . 5 (𝐴𝐵 ↔ ∃𝑠 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵)
31, 2sylib 217 . . . 4 ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → ∃𝑠 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵)
4 deranglem 33564 . . . . 5 (𝐵 ∈ Fin → {𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ∈ Fin)
54adantl 483 . . . 4 ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → {𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ∈ Fin)
6 f1oco 6805 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑠:𝐴1-1-onto𝐵𝑔:𝐴1-1-onto𝐴) → (𝑠𝑔):𝐴1-1-onto𝐵)
76ad2ant2lr 747 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) → (𝑠𝑔):𝐴1-1-onto𝐵)
8 f1ocnv 6794 . . . . . . . . . . . 12 (𝑠:𝐴1-1-onto𝐵𝑠:𝐵1-1-onto𝐴)
98ad2antlr 726 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) → 𝑠:𝐵1-1-onto𝐴)
10 f1oco 6805 . . . . . . . . . . 11 (((𝑠𝑔):𝐴1-1-onto𝐵𝑠:𝐵1-1-onto𝐴) → ((𝑠𝑔) ∘ 𝑠):𝐵1-1-onto𝐵)
117, 9, 10syl2anc 585 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) → ((𝑠𝑔) ∘ 𝑠):𝐵1-1-onto𝐵)
12 coass 6216 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) = (𝑠 ∘ (𝑔𝑠))
1312fveq1i 6841 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑧) = ((𝑠 ∘ (𝑔𝑠))‘𝑧)
14 simprl 770 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) → 𝑔:𝐴1-1-onto𝐴)
15 f1oco 6805 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴𝑠:𝐵1-1-onto𝐴) → (𝑔𝑠):𝐵1-1-onto𝐴)
1614, 9, 15syl2anc 585 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) → (𝑔𝑠):𝐵1-1-onto𝐴)
17 f1of 6782 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑔𝑠):𝐵1-1-onto𝐴 → (𝑔𝑠):𝐵𝐴)
1816, 17syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) → (𝑔𝑠):𝐵𝐴)
19 fvco3 6938 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑔𝑠):𝐵𝐴𝑧𝐵) → ((𝑠 ∘ (𝑔𝑠))‘𝑧) = (𝑠‘((𝑔𝑠)‘𝑧)))
2018, 19sylan 581 . . . . . . . . . . . . . 14 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → ((𝑠 ∘ (𝑔𝑠))‘𝑧) = (𝑠‘((𝑔𝑠)‘𝑧)))
2113, 20eqtrid 2790 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑧) = (𝑠‘((𝑔𝑠)‘𝑧)))
22 f1of 6782 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑠:𝐵1-1-onto𝐴𝑠:𝐵𝐴)
239, 22syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) → 𝑠:𝐵𝐴)
24 fvco3 6938 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑠:𝐵𝐴𝑧𝐵) → ((𝑔𝑠)‘𝑧) = (𝑔‘(𝑠𝑧)))
2523, 24sylan 581 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → ((𝑔𝑠)‘𝑧) = (𝑔‘(𝑠𝑧)))
2623ffvelcdmda 7032 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → (𝑠𝑧) ∈ 𝐴)
27 simplrr 777 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)
28 fveq2 6840 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑦 = (𝑠𝑧) → (𝑔𝑦) = (𝑔‘(𝑠𝑧)))
29 id 22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑦 = (𝑠𝑧) → 𝑦 = (𝑠𝑧))
3028, 29neeq12d 3004 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑦 = (𝑠𝑧) → ((𝑔𝑦) ≠ 𝑦 ↔ (𝑔‘(𝑠𝑧)) ≠ (𝑠𝑧)))
3130rspcv 3576 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑠𝑧) ∈ 𝐴 → (∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦 → (𝑔‘(𝑠𝑧)) ≠ (𝑠𝑧)))
3226, 27, 31sylc 65 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → (𝑔‘(𝑠𝑧)) ≠ (𝑠𝑧))
3325, 32eqnetrd 3010 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → ((𝑔𝑠)‘𝑧) ≠ (𝑠𝑧))
3433necomd 2998 . . . . . . . . . . . . . 14 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → (𝑠𝑧) ≠ ((𝑔𝑠)‘𝑧))
35 simpllr 775 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵)
3618ffvelcdmda 7032 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → ((𝑔𝑠)‘𝑧) ∈ 𝐴)
37 f1ocnvfv 7221 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑠:𝐴1-1-onto𝐵 ∧ ((𝑔𝑠)‘𝑧) ∈ 𝐴) → ((𝑠‘((𝑔𝑠)‘𝑧)) = 𝑧 → (𝑠𝑧) = ((𝑔𝑠)‘𝑧)))
3835, 36, 37syl2anc 585 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → ((𝑠‘((𝑔𝑠)‘𝑧)) = 𝑧 → (𝑠𝑧) = ((𝑔𝑠)‘𝑧)))
3938necon3d 2963 . . . . . . . . . . . . . 14 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → ((𝑠𝑧) ≠ ((𝑔𝑠)‘𝑧) → (𝑠‘((𝑔𝑠)‘𝑧)) ≠ 𝑧))
4034, 39mpd 15 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → (𝑠‘((𝑔𝑠)‘𝑧)) ≠ 𝑧)
4121, 40eqnetrd 3010 . . . . . . . . . . . 12 (((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) ∧ 𝑧𝐵) → (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑧) ≠ 𝑧)
4241ralrimiva 3142 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) → ∀𝑧𝐵 (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑧) ≠ 𝑧)
43 fveq2 6840 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑧 = 𝑦 → (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑧) = (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑦))
44 id 22 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑧 = 𝑦𝑧 = 𝑦)
4543, 44neeq12d 3004 . . . . . . . . . . . 12 (𝑧 = 𝑦 → ((((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑧) ≠ 𝑧 ↔ (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑦) ≠ 𝑦))
4645cbvralvw 3224 . . . . . . . . . . 11 (∀𝑧𝐵 (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑧) ≠ 𝑧 ↔ ∀𝑦𝐵 (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑦) ≠ 𝑦)
4742, 46sylib 217 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) → ∀𝑦𝐵 (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑦) ≠ 𝑦)
4811, 47jca 513 . . . . . . . . 9 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)) → (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠):𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑦) ≠ 𝑦))
4948ex 414 . . . . . . . 8 (((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) → ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) → (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠):𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑦) ≠ 𝑦)))
50 vex 3448 . . . . . . . . 9 𝑔 ∈ V
51 f1oeq1 6770 . . . . . . . . . 10 (𝑓 = 𝑔 → (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴𝑔:𝐴1-1-onto𝐴))
52 fveq1 6839 . . . . . . . . . . . 12 (𝑓 = 𝑔 → (𝑓𝑦) = (𝑔𝑦))
5352neeq1d 3002 . . . . . . . . . . 11 (𝑓 = 𝑔 → ((𝑓𝑦) ≠ 𝑦 ↔ (𝑔𝑦) ≠ 𝑦))
5453ralbidv 3173 . . . . . . . . . 10 (𝑓 = 𝑔 → (∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦 ↔ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦))
5551, 54anbi12d 632 . . . . . . . . 9 (𝑓 = 𝑔 → ((𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦) ↔ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦)))
5650, 55elab 3629 . . . . . . . 8 (𝑔 ∈ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ↔ (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦))
57 vex 3448 . . . . . . . . . . 11 𝑠 ∈ V
5857, 50coex 7860 . . . . . . . . . 10 (𝑠𝑔) ∈ V
5957cnvex 7855 . . . . . . . . . 10 𝑠 ∈ V
6058, 59coex 7860 . . . . . . . . 9 ((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) ∈ V
61 f1oeq1 6770 . . . . . . . . . 10 (𝑓 = ((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) → (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ↔ ((𝑠𝑔) ∘ 𝑠):𝐵1-1-onto𝐵))
62 fveq1 6839 . . . . . . . . . . . 12 (𝑓 = ((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) → (𝑓𝑦) = (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑦))
6362neeq1d 3002 . . . . . . . . . . 11 (𝑓 = ((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) → ((𝑓𝑦) ≠ 𝑦 ↔ (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑦) ≠ 𝑦))
6463ralbidv 3173 . . . . . . . . . 10 (𝑓 = ((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) → (∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦 ↔ ∀𝑦𝐵 (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑦) ≠ 𝑦))
6561, 64anbi12d 632 . . . . . . . . 9 (𝑓 = ((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) → ((𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦) ↔ (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠):𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑦) ≠ 𝑦)))
6660, 65elab 3629 . . . . . . . 8 (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) ∈ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ↔ (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠):𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠)‘𝑦) ≠ 𝑦))
6749, 56, 663imtr4g 296 . . . . . . 7 (((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) → (𝑔 ∈ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} → ((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) ∈ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
68 vex 3448 . . . . . . . . . 10 ∈ V
69 f1oeq1 6770 . . . . . . . . . . 11 (𝑓 = → (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴:𝐴1-1-onto𝐴))
70 fveq1 6839 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑓 = → (𝑓𝑦) = (𝑦))
7170neeq1d 3002 . . . . . . . . . . . 12 (𝑓 = → ((𝑓𝑦) ≠ 𝑦 ↔ (𝑦) ≠ 𝑦))
7271ralbidv 3173 . . . . . . . . . . 11 (𝑓 = → (∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦 ↔ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))
7369, 72anbi12d 632 . . . . . . . . . 10 (𝑓 = → ((𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦) ↔ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦)))
7468, 73elab 3629 . . . . . . . . 9 ( ∈ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ↔ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))
7556, 74anbi12i 628 . . . . . . . 8 ((𝑔 ∈ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ∧ ∈ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}) ↔ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦)))
768ad2antlr 726 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → 𝑠:𝐵1-1-onto𝐴)
77 f1ofo 6789 . . . . . . . . . . . 12 (𝑠:𝐵1-1-onto𝐴𝑠:𝐵onto𝐴)
7876, 77syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → 𝑠:𝐵onto𝐴)
797adantrr 716 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → (𝑠𝑔):𝐴1-1-onto𝐵)
80 f1ofn 6783 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑠𝑔):𝐴1-1-onto𝐵 → (𝑠𝑔) Fn 𝐴)
8179, 80syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → (𝑠𝑔) Fn 𝐴)
82 simplr 768 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵)
83 simprrl 780 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → :𝐴1-1-onto𝐴)
84 f1oco 6805 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑠:𝐴1-1-onto𝐵:𝐴1-1-onto𝐴) → (𝑠):𝐴1-1-onto𝐵)
8582, 83, 84syl2anc 585 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → (𝑠):𝐴1-1-onto𝐵)
86 f1ofn 6783 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑠):𝐴1-1-onto𝐵 → (𝑠) Fn 𝐴)
8785, 86syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → (𝑠) Fn 𝐴)
88 cocan2 7235 . . . . . . . . . . 11 ((𝑠:𝐵onto𝐴 ∧ (𝑠𝑔) Fn 𝐴 ∧ (𝑠) Fn 𝐴) → (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) = ((𝑠) ∘ 𝑠) ↔ (𝑠𝑔) = (𝑠)))
8978, 81, 87, 88syl3anc 1372 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) = ((𝑠) ∘ 𝑠) ↔ (𝑠𝑔) = (𝑠)))
90 f1of1 6781 . . . . . . . . . . . 12 (𝑠:𝐴1-1-onto𝐵𝑠:𝐴1-1𝐵)
9190ad2antlr 726 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → 𝑠:𝐴1-1𝐵)
92 simprll 778 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → 𝑔:𝐴1-1-onto𝐴)
93 f1of 6782 . . . . . . . . . . . 12 (𝑔:𝐴1-1-onto𝐴𝑔:𝐴𝐴)
9492, 93syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → 𝑔:𝐴𝐴)
95 f1of 6782 . . . . . . . . . . . 12 (:𝐴1-1-onto𝐴:𝐴𝐴)
9683, 95syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → :𝐴𝐴)
97 cocan1 7234 . . . . . . . . . . 11 ((𝑠:𝐴1-1𝐵𝑔:𝐴𝐴:𝐴𝐴) → ((𝑠𝑔) = (𝑠) ↔ 𝑔 = ))
9891, 94, 96, 97syl3anc 1372 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → ((𝑠𝑔) = (𝑠) ↔ 𝑔 = ))
9989, 98bitrd 279 . . . . . . . . 9 ((((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) ∧ ((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦))) → (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) = ((𝑠) ∘ 𝑠) ↔ 𝑔 = ))
10099ex 414 . . . . . . . 8 (((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) → (((𝑔:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑔𝑦) ≠ 𝑦) ∧ (:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑦) ≠ 𝑦)) → (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) = ((𝑠) ∘ 𝑠) ↔ 𝑔 = )))
10175, 100biimtrid 241 . . . . . . 7 (((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) → ((𝑔 ∈ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ∧ ∈ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}) → (((𝑠𝑔) ∘ 𝑠) = ((𝑠) ∘ 𝑠) ↔ 𝑔 = )))
10267, 101dom2d 8892 . . . . . 6 (((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵) → ({𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ∈ Fin → {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ≼ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
103102ex 414 . . . . 5 ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → (𝑠:𝐴1-1-onto𝐵 → ({𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ∈ Fin → {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ≼ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)})))
104103exlimdv 1937 . . . 4 ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → (∃𝑠 𝑠:𝐴1-1-onto𝐵 → ({𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ∈ Fin → {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ≼ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)})))
1053, 5, 104mp2d 49 . . 3 ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ≼ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)})
106 enfii 9092 . . . . . 6 ((𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐴𝐵) → 𝐴 ∈ Fin)
107106ancoms 460 . . . . 5 ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → 𝐴 ∈ Fin)
108 deranglem 33564 . . . . 5 (𝐴 ∈ Fin → {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ∈ Fin)
109107, 108syl 17 . . . 4 ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ∈ Fin)
110 hashdom 14233 . . . 4 (({𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ∈ Fin ∧ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ∈ Fin) → ((♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}) ≤ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}) ↔ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ≼ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
111109, 5, 110syl2anc 585 . . 3 ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → ((♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}) ≤ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}) ↔ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)} ≼ {𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
112105, 111mpbird 257 . 2 ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}) ≤ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
113 derang.d . . . 4 𝐷 = (𝑥 ∈ Fin ↦ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝑥1-1-onto𝑥 ∧ ∀𝑦𝑥 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
114113derangval 33565 . . 3 (𝐴 ∈ Fin → (𝐷𝐴) = (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
115107, 114syl 17 . 2 ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → (𝐷𝐴) = (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝐴1-1-onto𝐴 ∧ ∀𝑦𝐴 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
116113derangval 33565 . . 3 (𝐵 ∈ Fin → (𝐷𝐵) = (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
117116adantl 483 . 2 ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → (𝐷𝐵) = (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝐵1-1-onto𝐵 ∧ ∀𝑦𝐵 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
118112, 115, 1173brtr4d 5136 1 ((𝐴𝐵𝐵 ∈ Fin) → (𝐷𝐴) ≤ (𝐷𝐵))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205  wa 397   = wceq 1542  wex 1782  wcel 2107  {cab 2715  wne 2942  wral 3063   class class class wbr 5104  cmpt 5187  ccnv 5631  ccom 5636   Fn wfn 6489  wf 6490  1-1wf1 6491  ontowfo 6492  1-1-ontowf1o 6493  cfv 6494  cen 8839  cdom 8840  Fincfn 8842  cle 11149  chash 14184
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2709  ax-rep 5241  ax-sep 5255  ax-nul 5262  ax-pow 5319  ax-pr 5383  ax-un 7665  ax-cnex 11066  ax-resscn 11067  ax-1cn 11068  ax-icn 11069  ax-addcl 11070  ax-addrcl 11071  ax-mulcl 11072  ax-mulrcl 11073  ax-mulcom 11074  ax-addass 11075  ax-mulass 11076  ax-distr 11077  ax-i2m1 11078  ax-1ne0 11079  ax-1rid 11080  ax-rnegex 11081  ax-rrecex 11082  ax-cnre 11083  ax-pre-lttri 11084  ax-pre-lttrn 11085  ax-pre-ltadd 11086  ax-pre-mulgt0 11087
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3064  df-rex 3073  df-reu 3353  df-rab 3407  df-v 3446  df-sbc 3739  df-csb 3855  df-dif 3912  df-un 3914  df-in 3916  df-ss 3926  df-pss 3928  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4561  df-sn 4586  df-pr 4588  df-op 4592  df-uni 4865  df-int 4907  df-iun 4955  df-br 5105  df-opab 5167  df-mpt 5188  df-tr 5222  df-id 5530  df-eprel 5536  df-po 5544  df-so 5545  df-fr 5587  df-we 5589  df-xp 5638  df-rel 5639  df-cnv 5640  df-co 5641  df-dm 5642  df-rn 5643  df-res 5644  df-ima 5645  df-pred 6252  df-ord 6319  df-on 6320  df-lim 6321  df-suc 6322  df-iota 6446  df-fun 6496  df-fn 6497  df-f 6498  df-f1 6499  df-fo 6500  df-f1o 6501  df-fv 6502  df-riota 7308  df-ov 7355  df-oprab 7356  df-mpo 7357  df-om 7796  df-1st 7914  df-2nd 7915  df-frecs 8205  df-wrecs 8236  df-recs 8310  df-rdg 8349  df-1o 8405  df-oadd 8409  df-er 8607  df-map 8726  df-pm 8727  df-en 8843  df-dom 8844  df-sdom 8845  df-fin 8846  df-card 9834  df-pnf 11150  df-mnf 11151  df-xr 11152  df-ltxr 11153  df-le 11154  df-sub 11346  df-neg 11347  df-nn 12113  df-n0 12373  df-xnn0 12445  df-z 12459  df-uz 12723  df-fz 13380  df-hash 14185
This theorem is referenced by:  derangen  33570
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