Theorem derangfmla 34169

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 7413	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (1...𝑛) = (1...𝑚))
3	2	fveq2d 6892	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝐷‘(1...𝑛)) = (𝐷‘(1...𝑚)))
4	3	cbvmptv 5260	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑛))) = (𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑚)))
5	1, 4	derangen2 34153	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ Fin → (𝐷‘𝐴) = ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑛)))‘(♯‘𝐴)))
6	5	adantr 481	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (𝐷‘𝐴) = ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑛)))‘(♯‘𝐴)))
7		hashnncl 14322	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ Fin → ((♯‘𝐴) ∈ ℕ ↔ 𝐴 ≠ ∅))
8	7	biimpar 478	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (♯‘𝐴) ∈ ℕ)
9	1, 4	subfacval3 34168	. . 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 2772	1 ⊢ ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (𝐷‘𝐴) = (⌊‘(((!‘(♯‘𝐴)) / e) + (1 / 2))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   = wceq 1541   ∈ wcel 2106  {cab 2709   ≠ wne 2940  ∀wral 3061  ∅c0 4321   ↦ cmpt 5230  –1-1-onto→wf1o 6539  ‘cfv 6540  (class class class)co 7405  Fincfn 8935  1c1 11107   + caddc 11109   / cdiv 11867  ℕcn 12208  2c2 12263  ℕ₀cn0 12468  ...cfz 13480  ⌊cfl 13751  !cfa 14229  ♯chash 14286  eceu 16002

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2703  ax-rep 5284  ax-sep 5298  ax-nul 5305  ax-pow 5362  ax-pr 5426  ax-un 7721  ax-inf2 9632  ax-cnex 11162  ax-resscn 11163  ax-1cn 11164  ax-icn 11165  ax-addcl 11166  ax-addrcl 11167  ax-mulcl 11168  ax-mulrcl 11169  ax-mulcom 11170  ax-addass 11171  ax-mulass 11172  ax-distr 11173  ax-i2m1 11174  ax-1ne0 11175  ax-1rid 11176  ax-rnegex 11177  ax-rrecex 11178  ax-cnre 11179  ax-pre-lttri 11180  ax-pre-lttrn 11181  ax-pre-ltadd 11182  ax-pre-mulgt0 11183  ax-pre-sup 11184

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2534  df-eu 2563  df-clab 2710  df-cleq 2724  df-clel 2810  df-nfc 2885  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3433  df-v 3476  df-sbc 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-pss 3966  df-nul 4322  df-if 4528  df-pw 4603  df-sn 4628  df-pr 4630  df-op 4634  df-uni 4908  df-int 4950  df-iun 4998  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-tr 5265  df-id 5573  df-eprel 5579  df-po 5587  df-so 5588  df-fr 5630  df-se 5631  df-we 5632  df-xp 5681  df-rel 5682  df-cnv 5683  df-co 5684  df-dm 5685  df-rn 5686  df-res 5687  df-ima 5688  df-pred 6297  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6492  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-isom 6549  df-riota 7361  df-ov 7408  df-oprab 7409  df-mpo 7410  df-om 7852  df-1st 7971  df-2nd 7972  df-frecs 8262  df-wrecs 8293  df-recs 8367  df-rdg 8406  df-1o 8462  df-oadd 8466  df-er 8699  df-map 8818  df-pm 8819  df-en 8936  df-dom 8937  df-sdom 8938  df-fin 8939  df-sup 9433  df-inf 9434  df-oi 9501  df-dju 9892  df-card 9930  df-pnf 11246  df-mnf 11247  df-xr 11248  df-ltxr 11249  df-le 11250  df-sub 11442  df-neg 11443  df-div 11868  df-nn 12209  df-2 12271  df-3 12272  df-4 12273  df-n0 12469  df-xnn0 12541  df-z 12555  df-uz 12819  df-q 12929  df-rp 12971  df-ico 13326  df-fz 13481  df-fzo 13624  df-fl 13753  df-seq 13963  df-exp 14024  df-fac 14230  df-bc 14259  df-hash 14287  df-shft 15010  df-cj 15042  df-re 15043  df-im 15044  df-sqrt 15178  df-abs 15179  df-limsup 15411  df-clim 15428  df-rlim 15429  df-sum 15629  df-ef 16007  df-e 16008

This theorem is referenced by: (None)