Theorem numclwwlk2 31015

Description: Statement 10 in [Huneke] p. 2: "If n > 1, then the number of closed n-walks v(0) ... v(n-2) v(n-1) v(n) from v = v(0) = v(n) ... with v(n-2) =/= v is k^(n-2) - f(n-2)." According to rusgrnumwlkg 30602, we have k^(n-2) different walks of length (n-2): v(0) ... v(n-2). From this number, the number of closed walks of length (n-2), which is f(n-2) per definition, must be subtracted, because for these walks v(n-2) =/= v(0) = v would hold. Because of the friendship condition, there is exactly one vertex v(n-1) which is a neighbor of v(n-2) as well as of v(n)=v=v(0), because v(n-2) and v(n)=v are different, so the number of walks v(0) ... v(n-2) is identical with the number of walks v(0) ... v(n), that means each (not closed) walk v(0) ... v(n-2) can be extended by two edges to a closed walk v(0) ... v(n)=v=v(0) in exactly one way. (Contributed by Alexander van der Vekens, 6-Oct-2018.) (Revised by AV, 31-May-2021.) (Revised by AV, 1-May-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
numclwwlk.v	⊢ 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
numclwwlk.q	⊢ 𝑄 = (𝑣 ∈ 𝑉, 𝑛 ∈ ℕ ↦ {𝑤 ∈ (𝑛 WWalksN 𝐺) ∣ ((𝑤‘0) = 𝑣 ∧ (lastS‘𝑤) ≠ 𝑣)})
numclwwlk.h	⊢ 𝐻 = (𝑣 ∈ 𝑉, 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2) ↦ {𝑤 ∈ (𝑣(ClWWalksNOn‘𝐺)𝑛) ∣ (𝑤‘(𝑛 − 2)) ≠ 𝑣})

Assertion

Ref	Expression
numclwwlk2	⊢ (((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))) → (♯‘(𝑋𝐻𝑁)) = ((𝐾↑(𝑁 − 2)) − (♯‘(𝑋(ClWWalksNOn‘𝐺)(𝑁 − 2)))))

Distinct variable groups:   𝑛,𝐺,𝑣,𝑤   𝑛,𝑁,𝑣,𝑤   𝑛,𝑉,𝑣   𝑛,𝑋,𝑣,𝑤   𝑤,𝐾   𝑤,𝑉

Allowed substitution hints:   𝑄(𝑤, 𝑣, 𝑛)   𝐻(𝑤, 𝑣, 𝑛)   𝐾(𝑣, 𝑛)

Proof of Theorem numclwwlk2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eluzelcn 13007	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘3) → 𝑁 ∈ ℂ)
2		2cnd 12451	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘3) → 2 ∈ ℂ)
3	1, 2	npcand 11703	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘3) → ((𝑁 − 2) + 2) = 𝑁)
4	3	eqcomd 2769	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘3) → 𝑁 = ((𝑁 − 2) + 2))
5	4	3ad2ant3 1153	. . . . 5 ⊢ ((𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3)) → 𝑁 = ((𝑁 − 2) + 2))
6	5	adantl 487	. . . 4 ⊢ (((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))) → 𝑁 = ((𝑁 − 2) + 2))
7	6	oveq2d 7462	. . 3 ⊢ (((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))) → (𝑋𝐻𝑁) = (𝑋𝐻((𝑁 − 2) + 2)))
8	7	fveq2d 6915	. 2 ⊢ (((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))) → (♯‘(𝑋𝐻𝑁)) = (♯‘(𝑋𝐻((𝑁 − 2) + 2))))
9		simplr 781	. . 3 ⊢ (((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))) → 𝐺 ∈ FriendGraph )
10		simpr2 1214	. . 3 ⊢ (((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))) → 𝑋 ∈ 𝑉)
11		uz3m2nn 13051	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘3) → (𝑁 − 2) ∈ ℕ)
12	11	3ad2ant3 1153	. . . 4 ⊢ ((𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3)) → (𝑁 − 2) ∈ ℕ)
13	12	adantl 487	. . 3 ⊢ (((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))) → (𝑁 − 2) ∈ ℕ)
14		numclwwlk.v	. . . 4 ⊢ 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
15		numclwwlk.q	. . . 4 ⊢ 𝑄 = (𝑣 ∈ 𝑉, 𝑛 ∈ ℕ ↦ {𝑤 ∈ (𝑛 WWalksN 𝐺) ∣ ((𝑤‘0) = 𝑣 ∧ (lastS‘𝑤) ≠ 𝑣)})
16		numclwwlk.h	. . . 4 ⊢ 𝐻 = (𝑣 ∈ 𝑉, 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2) ↦ {𝑤 ∈ (𝑣(ClWWalksNOn‘𝐺)𝑛) ∣ (𝑤‘(𝑛 − 2)) ≠ 𝑣})
17	14, 15, 16	numclwwlk2lem3 31014	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ (𝑁 − 2) ∈ ℕ) → (♯‘(𝑋𝑄(𝑁 − 2))) = (♯‘(𝑋𝐻((𝑁 − 2) + 2))))
18	9, 10, 13, 17	syl3anc 1399	. 2 ⊢ (((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))) → (♯‘(𝑋𝑄(𝑁 − 2))) = (♯‘(𝑋𝐻((𝑁 − 2) + 2))))
19		simpl 488	. . . 4 ⊢ ((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝐺 ∈ FriendGraph ) → 𝐺 RegUSGraph 𝐾)
20		simp1 1154	. . . 4 ⊢ ((𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3)) → 𝑉 ∈ Fin)
21	19, 20	anim12i 625	. . 3 ⊢ (((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))) → (𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝑉 ∈ Fin))
22	11	anim2i 629	. . . . 5 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3)) → (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ (𝑁 − 2) ∈ ℕ))
23	22	3adant1 1148	. . . 4 ⊢ ((𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3)) → (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ (𝑁 − 2) ∈ ℕ))
24	23	adantl 487	. . 3 ⊢ (((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))) → (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ (𝑁 − 2) ∈ ℕ))
25	14, 15	numclwwlkqhash 31009	. . 3 ⊢ (((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ (𝑁 − 2) ∈ ℕ)) → (♯‘(𝑋𝑄(𝑁 − 2))) = ((𝐾↑(𝑁 − 2)) − (♯‘(𝑋(ClWWalksNOn‘𝐺)(𝑁 − 2)))))
26	21, 24, 25	syl2anc 596	. 2 ⊢ (((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))) → (♯‘(𝑋𝑄(𝑁 − 2))) = ((𝐾↑(𝑁 − 2)) − (♯‘(𝑋(ClWWalksNOn‘𝐺)(𝑁 − 2)))))
27	8, 18, 26	3eqtr2d 2804	1 ⊢ (((𝐺 RegUSGraph 𝐾 ∧ 𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘3))) → (♯‘(𝑋𝐻𝑁)) = ((𝐾↑(𝑁 − 2)) − (♯‘(𝑋(ClWWalksNOn‘𝐺)(𝑁 − 2)))))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959  {crab 3416   class class class wbr 5106  ‘cfv 6561  (class class class)co 7446   ∈ cmpo 7448  Fincfn 9004  0cc0 11230   + caddc 11233   − cmin 11571  ℕcn 12365  2c2 12427  3c3 12428  ℤ_≥cuz 12995  ↑cexp 14234  ♯chash 14504  lastSclsw 14737  Vtxcvtx 29607   RegUSGraph crusgr 30170   WWalksN cwwlksn 30448  ClWWalksNOncclwwlknon 30711   FriendGraph cfrgr 30892

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-rep 5236  ax-sep 5253  ax-nul 5264  ax-pow 5332  ax-pr 5396  ax-un 7778  ax-inf2 9672  ax-cnex 11286  ax-resscn 11287  ax-1cn 11288  ax-icn 11289  ax-addcl 11290  ax-addrcl 11291  ax-mulcl 11292  ax-mulrcl 11293  ax-mulcom 11294  ax-addass 11295  ax-mulass 11296  ax-distr 11297  ax-i2m1 11298  ax-1ne0 11299  ax-1rid 11300  ax-rnegex 11301  ax-rrecex 11302  ax-cnre 11303  ax-pre-lttri 11304  ax-pre-lttrn 11305  ax-pre-ltadd 11306  ax-pre-mulgt0 11307  ax-pre-sup 11308

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-rmo 3369  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 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-disj 5074  df-br 5107  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5551  df-eprel 5556  df-po 5564  df-so 5565  df-fr 5609  df-se 5610  df-we 5611  df-xp 5662  df-rel 5663  df-cnv 5664  df-co 5665  df-dm 5666  df-rn 5667  df-res 5668  df-ima 5669  df-pred 6325  df-ord 6386  df-on 6387  df-lim 6388  df-suc 6389  df-iota 6515  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-isom 6570  df-riota 7403  df-ov 7449  df-oprab 7450  df-mpo 7451  df-om 7905  df-1st 8028  df-2nd 8029  df-frecs 8330  df-wrecs 8361  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-1o 8507  df-2o 8508  df-oadd 8511  df-er 8748  df-map 8880  df-pm 8881  df-en 9005  df-dom 9006  df-sdom 9007  df-fin 9008  df-sup 9464  df-oi 9534  df-dju 10012  df-card 10050  df-pnf 11375  df-mnf 11376  df-xr 11377  df-ltxr 11378  df-le 11379  df-sub 11573  df-neg 11574  df-div 12004  df-nn 12366  df-2 12435  df-3 12436  df-n0 12637  df-xnn0 12710  df-z 12724  df-uz 12996  df-rp 13151  df-xadd 13272  df-fz 13670  df-fzo 13819  df-seq 14175  df-exp 14235  df-hash 14505  df-word 14689  df-lsw 14738  df-concat 14746  df-s1 14773  df-substr 14820  df-pfx 14852  df-cj 15298  df-re 15299  df-im 15300  df-sqrt 15434  df-abs 15435  df-clim 15687  df-sum 15886  df-vtx 29609  df-iedg 29610  df-edg 29659  df-uhgr 29669  df-ushgr 29670  df-upgr 29693  df-umgr 29694  df-uspgr 29764  df-usgr 29765  df-fusgr 29931  df-nbgr 29947  df-vtxdg 30080  df-rgr 30171  df-rusgr 30172  df-wwlks 30452  df-wwlksn 30453  df-wwlksnon 30454  df-clwwlk 30606  df-clwwlkn 30649  df-clwwlknon 30712  df-frgr 30893

This theorem is used by:  numclwwlk3  31019