Theorem derangfmla 33052

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 7263	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (1...𝑛) = (1...𝑚))
3	2	fveq2d 6760	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝐷‘(1...𝑛)) = (𝐷‘(1...𝑚)))
4	3	cbvmptv 5183	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑛))) = (𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑚)))
5	1, 4	derangen2 33036	. . 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 14009	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ Fin → ((♯‘𝐴) ∈ ℕ ↔ 𝐴 ≠ ∅))
8	7	biimpar 477	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (♯‘𝐴) ∈ ℕ)
9	1, 4	subfacval3 33051	. . 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 2778	1 ⊢ ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (𝐷‘𝐴) = (⌊‘(((!‘(♯‘𝐴)) / e) + (1 / 2))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1539   ∈ wcel 2108  {cab 2715   ≠ wne 2942  ∀wral 3063  ∅c0 4253   ↦ cmpt 5153  –1-1-onto→wf1o 6417  ‘cfv 6418  (class class class)co 7255  Fincfn 8691  1c1 10803   + caddc 10805   / cdiv 11562  ℕcn 11903  2c2 11958  ℕ₀cn0 12163  ...cfz 13168  ⌊cfl 13438  !cfa 13915  ♯chash 13972  eceu 15700

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-rep 5205  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-inf2 9329  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879  ax-pre-sup 10880

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-int 4877  df-iun 4923  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-se 5536  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-isom 6427  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-1o 8267  df-oadd 8271  df-er 8456  df-map 8575  df-pm 8576  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-fin 8695  df-sup 9131  df-inf 9132  df-oi 9199  df-dju 9590  df-card 9628  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-div 11563  df-nn 11904  df-2 11966  df-3 11967  df-4 11968  df-n0 12164  df-xnn0 12236  df-z 12250  df-uz 12512  df-q 12618  df-rp 12660  df-ico 13014  df-fz 13169  df-fzo 13312  df-fl 13440  df-seq 13650  df-exp 13711  df-fac 13916  df-bc 13945  df-hash 13973  df-shft 14706  df-cj 14738  df-re 14739  df-im 14740  df-sqrt 14874  df-abs 14875  df-limsup 15108  df-clim 15125  df-rlim 15126  df-sum 15326  df-ef 15705  df-e 15706

This theorem is referenced by: (None)