Theorem subfacp1lem1 35708

Description: Lemma for subfacp1 35715. The set 𝐾 together with {1, 𝑀} partitions the set 1...(𝑁 + 1). (Contributed by Mario Carneiro, 23-Jan-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
derang.d	⊢ 𝐷 = (𝑥 ∈ Fin ↦ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝑥–1-1-onto→𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)}))
subfac.n	⊢ 𝑆 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑛)))
subfacp1lem.a	⊢ 𝐴 = {𝑓 ∣ (𝑓:(1...(𝑁 + 1))–1-1-onto→(1...(𝑁 + 1)) ∧ ∀𝑦 ∈ (1...(𝑁 + 1))(𝑓‘𝑦) ≠ 𝑦)}
subfacp1lem1.n	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
subfacp1lem1.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ (2...(𝑁 + 1)))
subfacp1lem1.x	⊢ 𝑀 ∈ V
subfacp1lem1.k	⊢ 𝐾 = ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀})

Assertion

Ref	Expression
subfacp1lem1	⊢ (𝜑 → ((𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅ ∧ (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = (1...(𝑁 + 1)) ∧ (♯‘𝐾) = (𝑁 − 1)))

Distinct variable groups:   𝑓,𝑛,𝑥,𝑦,𝐴   𝑓,𝑁,𝑛,𝑥,𝑦   𝜑,𝑥,𝑦   𝐷,𝑛   𝑓,𝐾,𝑛,𝑥,𝑦   𝑓,𝑀,𝑥,𝑦   𝑆,𝑛,𝑥,𝑦

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑓, 𝑛)   𝐷(𝑥, 𝑦, 𝑓)   𝑆(𝑓)   𝑀(𝑛)

Proof of Theorem subfacp1lem1

Step	Hyp	Ref	Expression
1		disj 4410	. . . 4 ⊢ ((𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅ ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐾 ¬ 𝑥 ∈ {1, 𝑀})
2		eldifi 4085	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) → 𝑥 ∈ (2...(𝑁 + 1)))
3		elfzle1 13571	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ (2...(𝑁 + 1)) → 2 ≤ 𝑥)
4		1lt2 12428	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 1 < 2
5		1re 11223	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 1 ∈ ℝ
6		2re 12330	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 2 ∈ ℝ
7	5, 6	ltnlei 11346	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (1 < 2 ↔ ¬ 2 ≤ 1)
8	4, 7	mpbi 233	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ¬ 2 ≤ 1
9		breq2 5115	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = 1 → (2 ≤ 𝑥 ↔ 2 ≤ 1))
10	8, 9	mtbiri 330	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = 1 → ¬ 2 ≤ 𝑥)
11	10	necon2ai 2989	. . . . . . . . 9 ⊢ (2 ≤ 𝑥 → 𝑥 ≠ 1)
12	2, 3, 11	3syl 19	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) → 𝑥 ≠ 1)
13		eldifsni 4760	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) → 𝑥 ≠ 𝑀)
14	12, 13	jca 521	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) → (𝑥 ≠ 1 ∧ 𝑥 ≠ 𝑀))
15		subfacp1lem1.k	. . . . . . 7 ⊢ 𝐾 = ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀})
16	14, 15	eleq2s 2883	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐾 → (𝑥 ≠ 1 ∧ 𝑥 ≠ 𝑀))
17		neanior 3053	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ≠ 1 ∧ 𝑥 ≠ 𝑀) ↔ ¬ (𝑥 = 1 ∨ 𝑥 = 𝑀))
18	16, 17	sylib 221	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐾 → ¬ (𝑥 = 1 ∨ 𝑥 = 𝑀))
19		vex 3461	. . . . . 6 ⊢ 𝑥 ∈ V
20	19	elpr 4616	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ {1, 𝑀} ↔ (𝑥 = 1 ∨ 𝑥 = 𝑀))
21	18, 20	sylnibr 332	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐾 → ¬ 𝑥 ∈ {1, 𝑀})
22	1, 21	mprgbir 3088	. . 3 ⊢ (𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅
23	22	a1i 11	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅)
24		uncom 4112	. . . 4 ⊢ ({1} ∪ (𝐾 ∪ {𝑀})) = ((𝐾 ∪ {𝑀}) ∪ {1})
25		1z 12639	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℤ
26		fzsn 13611	. . . . . 6 ⊢ (1 ∈ ℤ → (1...1) = {1})
27	25, 26	ax-mp 5	. . . . 5 ⊢ (1...1) = {1}
28	15	uneq1i 4118	. . . . . 6 ⊢ (𝐾 ∪ {𝑀}) = (((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) ∪ {𝑀})
29		undif1 4437	. . . . . 6 ⊢ (((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) ∪ {𝑀}) = ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})
30	28, 29	eqtr2i 2789	. . . . 5 ⊢ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀}) = (𝐾 ∪ {𝑀})
31	27, 30	uneq12i 4120	. . . 4 ⊢ ((1...1) ∪ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})) = ({1} ∪ (𝐾 ∪ {𝑀}))
32		df-pr 4594	. . . . . . 7 ⊢ {1, 𝑀} = ({1} ∪ {𝑀})
33	32	equncomi 4114	. . . . . 6 ⊢ {1, 𝑀} = ({𝑀} ∪ {1})
34	33	uneq2i 4119	. . . . 5 ⊢ (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = (𝐾 ∪ ({𝑀} ∪ {1}))
35		unass 4125	. . . . 5 ⊢ ((𝐾 ∪ {𝑀}) ∪ {1}) = (𝐾 ∪ ({𝑀} ∪ {1}))
36	34, 35	eqtr4i 2791	. . . 4 ⊢ (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = ((𝐾 ∪ {𝑀}) ∪ {1})
37	24, 31, 36	3eqtr4i 2798	. . 3 ⊢ ((1...1) ∪ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})) = (𝐾 ∪ {1, 𝑀})
38		subfacp1lem1.m	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ (2...(𝑁 + 1)))
39	38	snssd 4754	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → {𝑀} ⊆ (2...(𝑁 + 1)))
40		ssequn2 4142	. . . . . . 7 ⊢ ({𝑀} ⊆ (2...(𝑁 + 1)) ↔ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀}) = (2...(𝑁 + 1)))
41	39, 40	sylib 221	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀}) = (2...(𝑁 + 1)))
42		df-2 12318	. . . . . . 7 ⊢ 2 = (1 + 1)
43	42	oveq1i 7429	. . . . . 6 ⊢ (2...(𝑁 + 1)) = ((1 + 1)...(𝑁 + 1))
44	41, 43	eqtrdi 2816	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀}) = ((1 + 1)...(𝑁 + 1)))
45	44	uneq2d 4122	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((1...1) ∪ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})) = ((1...1) ∪ ((1 + 1)...(𝑁 + 1))))
46		subfacp1lem1.n	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
47	46	peano2nnd 12265	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ ℕ)
48		nnuz 12917	. . . . . 6 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
49	47, 48	eleqtrdi 2875	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ (ℤ≥‘1))
50		eluzfz1 13575	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 + 1) ∈ (ℤ≥‘1) → 1 ∈ (1...(𝑁 + 1)))
51		fzsplit 13595	. . . . 5 ⊢ (1 ∈ (1...(𝑁 + 1)) → (1...(𝑁 + 1)) = ((1...1) ∪ ((1 + 1)...(𝑁 + 1))))
52	49, 50, 51	3syl 19	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (1...(𝑁 + 1)) = ((1...1) ∪ ((1 + 1)...(𝑁 + 1))))
53	45, 52	eqtr4d 2803	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((1...1) ∪ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})) = (1...(𝑁 + 1)))
54	37, 53	eqtr3id 2814	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = (1...(𝑁 + 1)))
55	42	oveq2i 7430	. . 3 ⊢ ((𝑁 + 1) − 2) = ((𝑁 + 1) − (1 + 1))
56		fzfi 14026	. . . . . . . . 9 ⊢ (2...(𝑁 + 1)) ∈ Fin
57		diffi 9166	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2...(𝑁 + 1)) ∈ Fin → ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) ∈ Fin)
58	56, 57	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) ∈ Fin
59	15, 58	eqeltri 2861	. . . . . . 7 ⊢ 𝐾 ∈ Fin
60		prfi 9290	. . . . . . 7 ⊢ {1, 𝑀} ∈ Fin
61		hashun 14436	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐾 ∈ Fin ∧ {1, 𝑀} ∈ Fin ∧ (𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅) → (♯‘(𝐾 ∪ {1, 𝑀})) = ((♯‘𝐾) + (♯‘{1, 𝑀})))
62	59, 60, 22, 61	mp3an 1490	. . . . . 6 ⊢ (♯‘(𝐾 ∪ {1, 𝑀})) = ((♯‘𝐾) + (♯‘{1, 𝑀}))
63	54	fveq2d 6889	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (♯‘(𝐾 ∪ {1, 𝑀})) = (♯‘(1...(𝑁 + 1))))
64		neeq1 3022	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = 𝑀 → (𝑥 ≠ 1 ↔ 𝑀 ≠ 1))
65	3, 11	syl 18	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ (2...(𝑁 + 1)) → 𝑥 ≠ 1)
66	64, 65	vtoclga 3543	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑀 ∈ (2...(𝑁 + 1)) → 𝑀 ≠ 1)
67	38, 66	syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ≠ 1)
68	67	necomd 3015	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 1 ≠ 𝑀)
69		1ex 11218	. . . . . . . . 9 ⊢ 1 ∈ V
70		subfacp1lem1.x	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑀 ∈ V
71		hashprg 14449	. . . . . . . . 9 ⊢ ((1 ∈ V ∧ 𝑀 ∈ V) → (1 ≠ 𝑀 ↔ (♯‘{1, 𝑀}) = 2))
72	69, 70, 71	mp2an 705	. . . . . . . 8 ⊢ (1 ≠ 𝑀 ↔ (♯‘{1, 𝑀}) = 2)
73	68, 72	sylib 221	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (♯‘{1, 𝑀}) = 2)
74	73	oveq2d 7435	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((♯‘𝐾) + (♯‘{1, 𝑀})) = ((♯‘𝐾) + 2))
75	62, 63, 74	3eqtr3a 2824	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (♯‘(1...(𝑁 + 1))) = ((♯‘𝐾) + 2))
76	47	nnnn0d 12580	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ ℕ0)
77		hashfz1 14400	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 + 1) ∈ ℕ0 → (♯‘(1...(𝑁 + 1))) = (𝑁 + 1))
78	76, 77	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (♯‘(1...(𝑁 + 1))) = (𝑁 + 1))
79	75, 78	eqtr3d 2802	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((♯‘𝐾) + 2) = (𝑁 + 1))
80	47	nncnd 12264	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ ℂ)
81		2cnd 12334	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
82		hashcl 14410	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐾 ∈ Fin → (♯‘𝐾) ∈ ℕ0)
83	59, 82	ax-mp 5	. . . . . . 7 ⊢ (♯‘𝐾) ∈ ℕ0
84	83	nn0cni 12531	. . . . . 6 ⊢ (♯‘𝐾) ∈ ℂ
85	84	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (♯‘𝐾) ∈ ℂ)
86	80, 81, 85	subadd2d 11603	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (((𝑁 + 1) − 2) = (♯‘𝐾) ↔ ((♯‘𝐾) + 2) = (𝑁 + 1)))
87	79, 86	mpbird 260	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 + 1) − 2) = (♯‘𝐾))
88	46	nncnd 12264	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℂ)
89		1cnd 11217	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
90	88, 89, 89	pnpcan2d 11622	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 + 1) − (1 + 1)) = (𝑁 − 1))
91	55, 87, 90	3eqtr3a 2824	. 2 ⊢ (𝜑 → (♯‘𝐾) = (𝑁 − 1))
92	23, 54, 91	3jca 1146	1 ⊢ (𝜑 → ((𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅ ∧ (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = (1...(𝑁 + 1)) ∧ (♯‘𝐾) = (𝑁 − 1)))

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∨ wo 861   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2146  {cab 2743   ≠ wne 2960  ∀wral 3081  Vcvv 3457   ∖ cdif 3903   ∪ cun 3904   ∩ cin 3905   ⊆ wss 3906  ∅c0 4286  {csn 4591  {cpr 4593   class class class wbr 5111   ↦ cmpt 5194  –1-1-onto→wf1o 6539  ‘cfv 6540  (class class class)co 7419  Fincfn 8949  ℂcc 11113  1c1 11116   + caddc 11118   < clt 11258   ≤ cle 11259   − cmin 11456  ℕcn 12248  2c2 12310  ℕ₀cn0 12519  ℤcz 12606  ℤ_≥cuz 12878  ...cfz 13551  ♯chash 14384

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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2737  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7742  ax-cnex 11171  ax-resscn 11172  ax-1cn 11173  ax-icn 11174  ax-addcl 11175  ax-addrcl 11176  ax-mulcl 11177  ax-mulrcl 11178  ax-mulcom 11179  ax-addass 11180  ax-mulass 11181  ax-distr 11182  ax-i2m1 11183  ax-1ne0 11184  ax-1rid 11185  ax-rnegex 11186  ax-rrecex 11187  ax-cnre 11188  ax-pre-lttri 11189  ax-pre-lttrn 11190  ax-pre-ltadd 11191  ax-pre-mulgt0 11192

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 2100  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3067  df-ral 3082  df-rex 3092  df-reu 3372  df-rab 3419  df-v 3459  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4287  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-op 4598  df-uni 4875  df-int 4915  df-iun 4960  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-tr 5221  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6306  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6496  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-riota 7376  df-ov 7422  df-oprab 7423  df-mpo 7424  df-om 7869  df-1st 7992  df-2nd 7993  df-frecs 8284  df-wrecs 8315  df-recs 8364  df-rdg 8403  df-1o 8459  df-2o 8460  df-oadd 8463  df-er 8700  df-en 8950  df-dom 8951  df-sdom 8952  df-fin 8953  df-dju 9903  df-card 9941  df-pnf 11260  df-mnf 11261  df-xr 11262  df-ltxr 11263  df-le 11264  df-sub 11458  df-neg 11459  df-nn 12249  df-2 12318  df-n0 12520  df-z 12607  df-uz 12879  df-fz 13552  df-hash 14385

This theorem is used by:  subfacp1lem2a  35709  subfacp1lem3  35711  subfacp1lem4  35712