Theorem derangfmla 35136

Description: The derangements formula, which expresses the number of derangements of a finite nonempty set in terms of the factorial. The expression ⌊‘(𝑥 + 1 / 2) is a way of saying "rounded to the nearest integer". This is part of Metamath 100 proof #88. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Jan-2015.)

Hypothesis

Ref	Expression
derangfmla.d	⊢ 𝐷 = (𝑥 ∈ Fin ↦ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝑥–1-1-onto→𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)}))

Assertion

Ref	Expression
derangfmla	⊢ ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (𝐷‘𝐴) = (⌊‘(((!‘(♯‘𝐴)) / e) + (1 / 2))))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑓,𝑦,𝐴   𝑥,𝐷,𝑦

Allowed substitution hint:   𝐷(𝑓)

Proof of Theorem derangfmla

Dummy variables 𝑚 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		derangfmla.d	. . . 4 ⊢ 𝐷 = (𝑥 ∈ Fin ↦ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝑥–1-1-onto→𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)}))
2		oveq2 7422	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (1...𝑛) = (1...𝑚))
3	2	fveq2d 6891	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝐷‘(1...𝑛)) = (𝐷‘(1...𝑚)))
4	3	cbvmptv 5237	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑛))) = (𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑚)))
5	1, 4	derangen2 35120	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ Fin → (𝐷‘𝐴) = ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑛)))‘(♯‘𝐴)))
6	5	adantr 480	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (𝐷‘𝐴) = ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑛)))‘(♯‘𝐴)))
7		hashnncl 14388	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ Fin → ((♯‘𝐴) ∈ ℕ ↔ 𝐴 ≠ ∅))
8	7	biimpar 477	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (♯‘𝐴) ∈ ℕ)
9	1, 4	subfacval3 35135	. . 3 ⊢ ((♯‘𝐴) ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑛)))‘(♯‘𝐴)) = (⌊‘(((!‘(♯‘𝐴)) / e) + (1 / 2))))
10	8, 9	syl 17	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐴 ≠ ∅) → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑛)))‘(♯‘𝐴)) = (⌊‘(((!‘(♯‘𝐴)) / e) + (1 / 2))))
11	6, 10	eqtrd 2769	1 ⊢ ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (𝐷‘𝐴) = (⌊‘(((!‘(♯‘𝐴)) / e) + (1 / 2))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1539   ∈ wcel 2107  {cab 2712   ≠ wne 2931  ∀wral 3050  ∅c0 4315   ↦ cmpt 5207  –1-1-onto→wf1o 6541  ‘cfv 6542  (class class class)co 7414  Fincfn 8968  1c1 11139   + caddc 11141   / cdiv 11903  ℕcn 12249  2c2 12304  ℕ₀cn0 12510  ...cfz 13530  ⌊cfl 13813  !cfa 14295  ♯chash 14352  eceu 16081

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1794  ax-4 1808  ax-5 1909  ax-6 1966  ax-7 2006  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2140  ax-11 2156  ax-12 2176  ax-ext 2706  ax-rep 5261  ax-sep 5278  ax-nul 5288  ax-pow 5347  ax-pr 5414  ax-un 7738  ax-inf2 9664  ax-cnex 11194  ax-resscn 11195  ax-1cn 11196  ax-icn 11197  ax-addcl 11198  ax-addrcl 11199  ax-mulcl 11200  ax-mulrcl 11201  ax-mulcom 11202  ax-addass 11203  ax-mulass 11204  ax-distr 11205  ax-i2m1 11206  ax-1ne0 11207  ax-1rid 11208  ax-rnegex 11209  ax-rrecex 11210  ax-cnre 11211  ax-pre-lttri 11212  ax-pre-lttrn 11213  ax-pre-ltadd 11214  ax-pre-mulgt0 11215  ax-pre-sup 11216

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1779  df-nf 1783  df-sb 2064  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2726  df-clel 2808  df-nfc 2884  df-ne 2932  df-nel 3036  df-ral 3051  df-rex 3060  df-rmo 3364  df-reu 3365  df-rab 3421  df-v 3466  df-sbc 3773  df-csb 3882  df-dif 3936  df-un 3938  df-in 3940  df-ss 3950  df-pss 3953  df-nul 4316  df-if 4508  df-pw 4584  df-sn 4609  df-pr 4611  df-op 4615  df-uni 4890  df-int 4929  df-iun 4975  df-br 5126  df-opab 5188  df-mpt 5208  df-tr 5242  df-id 5560  df-eprel 5566  df-po 5574  df-so 5575  df-fr 5619  df-se 5620  df-we 5621  df-xp 5673  df-rel 5674  df-cnv 5675  df-co 5676  df-dm 5677  df-rn 5678  df-res 5679  df-ima 5680  df-pred 6303  df-ord 6368  df-on 6369  df-lim 6370  df-suc 6371  df-iota 6495  df-fun 6544  df-fn 6545  df-f 6546  df-f1 6547  df-fo 6548  df-f1o 6549  df-fv 6550  df-isom 6551  df-riota 7371  df-ov 7417  df-oprab 7418  df-mpo 7419  df-om 7871  df-1st 7997  df-2nd 7998  df-frecs 8289  df-wrecs 8320  df-recs 8394  df-rdg 8433  df-1o 8489  df-2o 8490  df-oadd 8493  df-er 8728  df-map 8851  df-pm 8852  df-en 8969  df-dom 8970  df-sdom 8971  df-fin 8972  df-sup 9465  df-inf 9466  df-oi 9533  df-dju 9924  df-card 9962  df-pnf 11280  df-mnf 11281  df-xr 11282  df-ltxr 11283  df-le 11284  df-sub 11477  df-neg 11478  df-div 11904  df-nn 12250  df-2 12312  df-3 12313  df-4 12314  df-n0 12511  df-xnn0 12584  df-z 12598  df-uz 12862  df-q 12974  df-rp 13018  df-ico 13376  df-fz 13531  df-fzo 13678  df-fl 13815  df-seq 14026  df-exp 14086  df-fac 14296  df-bc 14325  df-hash 14353  df-shft 15089  df-cj 15121  df-re 15122  df-im 15123  df-sqrt 15257  df-abs 15258  df-limsup 15490  df-clim 15507  df-rlim 15508  df-sum 15706  df-ef 16086  df-e 16087

This theorem is referenced by: (None)