Theorem derangsn 36143

Description: The derangement number of a singleton. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Jan-2015.)

Hypothesis

Ref	Expression
derang.d	⊢ 𝐷 = (𝑥 ∈ Fin ↦ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝑥⟶1-1onto𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)}))

Assertion

Ref	Expression
derangsn	⊢ (𝐴 ∈ 𝑉 → (𝐷‘{𝐴}) = 0)

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

Allowed substitution hints:   𝐷(𝑥, 𝑦, 𝑓)   𝑉(𝑥, 𝑦)

Proof of Theorem derangsn

Step	Hyp	Ref	Expression
1		snfi 9109	. . . 4 ⊢ {𝐴} ∈ Fin
2		derang.d	. . . . 5 ⊢ 𝐷 = (𝑥 ∈ Fin ↦ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝑥⟶1-1onto𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)}))
3	2	derangval 36140	. . . 4 ⊢ ({𝐴} ∈ Fin → (𝐷‘{𝐴}) = (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)}))
4	1, 3	ax-mp 5	. . 3 ⊢ (𝐷‘{𝐴}) = (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)})
5		f1of 6854	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} → 𝑓:{𝐴}⟶{𝐴})
6	5	adantr 486	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦) → 𝑓:{𝐴}⟶{𝐴})
7		snidg 4622	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑉 → 𝐴 ∈ {𝐴})
8		ffvelcdm 7113	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑓:{𝐴}⟶{𝐴} ∧ 𝐴 ∈ {𝐴}) → (𝑓‘𝐴) ∈ {𝐴})
9	6, 7, 8	syl2anr 609	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑉 ∧ (𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)) → (𝑓‘𝐴) ∈ {𝐴})
10		simpr 490	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦) → ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)
11		fveq2 6916	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑦 = 𝐴 → (𝑓‘𝑦) = (𝑓‘𝐴))
12		id 23	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑦 = 𝐴 → 𝑦 = 𝐴)
13	11, 12	neeq12d 3020	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑦 = 𝐴 → ((𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦 ↔ (𝑓‘𝐴) ≠ 𝐴))
14	13	rspcva 3578	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ {𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦) → (𝑓‘𝐴) ≠ 𝐴)
15	7, 10, 14	syl2an 608	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑉 ∧ (𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)) → (𝑓‘𝐴) ≠ 𝐴)
16		nelsn 4628	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑓‘𝐴) ≠ 𝐴 → ¬ (𝑓‘𝐴) ∈ {𝐴})
17	15, 16	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑉 ∧ (𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)) → ¬ (𝑓‘𝐴) ∈ {𝐴})
18	9, 17	pm2.21dd 198	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑉 ∧ (𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)) → 𝑓 ∈ ∅)
19	18	ex 418	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑉 → ((𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦) → 𝑓 ∈ ∅))
20	19	abssdv 3995	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑉 → {𝑓 ∣ (𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)} ⊆ ∅)
21		ss0 4355	. . . . 5 ⊢ ({𝑓 ∣ (𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)} ⊆ ∅ → {𝑓 ∣ (𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)} = ∅)
22	20, 21	syl 18	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑉 → {𝑓 ∣ (𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)} = ∅)
23	22	fveq2d 6920	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑉 → (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:{𝐴}⟶1-1onto{𝐴} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴} (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)}) = (♯‘∅))
24	4, 23	eqtrid 2810	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑉 → (𝐷‘{𝐴}) = (♯‘∅))
25		hash0 14552	. 2 ⊢ (♯‘∅) = 0
26	24, 25	eqtrdi 2814	1 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑉 → (𝐷‘{𝐴}) = 0)

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  {cab 2741   ≠ wne 2959  ∀wral 3080   ⊆ wss 3900  ∅c0 4281  {csn 4588   ↦ cmpt 5192  ⟶wf 6562  ⟶1-1ontowf1o 6565  ‘cfv 6566  Fincfn 9011  0cc0 11239  ♯chash 14515

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4841  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-om 7912  df-1st 8035  df-2nd 8036  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-1o 8514  df-er 8755  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-fin 9015  df-card 10057  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-nn 12376  df-n0 12647  df-z 12734  df-uz 13006  df-fz 13680  df-hash 14516

This theorem is used by:  subfac1  36151