Theorem subfacp1lem1 35147

Description: Lemma for subfacp1 35154. 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 4473	. . . 4 ⊢ ((𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅ ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐾 ¬ 𝑥 ∈ {1, 𝑀})
2		eldifi 4154	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) → 𝑥 ∈ (2...(𝑁 + 1)))
3		elfzle1 13587	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ (2...(𝑁 + 1)) → 2 ≤ 𝑥)
4		1lt2 12464	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 1 < 2
5		1re 11290	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 1 ∈ ℝ
6		2re 12367	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 2 ∈ ℝ
7	5, 6	ltnlei 11411	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (1 < 2 ↔ ¬ 2 ≤ 1)
8	4, 7	mpbi 230	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ¬ 2 ≤ 1
9		breq2 5170	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = 1 → (2 ≤ 𝑥 ↔ 2 ≤ 1))
10	8, 9	mtbiri 327	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = 1 → ¬ 2 ≤ 𝑥)
11	10	necon2ai 2976	. . . . . . . . 9 ⊢ (2 ≤ 𝑥 → 𝑥 ≠ 1)
12	2, 3, 11	3syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) → 𝑥 ≠ 1)
13		eldifsni 4815	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) → 𝑥 ≠ 𝑀)
14	12, 13	jca 511	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) → (𝑥 ≠ 1 ∧ 𝑥 ≠ 𝑀))
15		subfacp1lem1.k	. . . . . . 7 ⊢ 𝐾 = ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀})
16	14, 15	eleq2s 2862	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐾 → (𝑥 ≠ 1 ∧ 𝑥 ≠ 𝑀))
17		neanior 3041	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ≠ 1 ∧ 𝑥 ≠ 𝑀) ↔ ¬ (𝑥 = 1 ∨ 𝑥 = 𝑀))
18	16, 17	sylib 218	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐾 → ¬ (𝑥 = 1 ∨ 𝑥 = 𝑀))
19		vex 3492	. . . . . 6 ⊢ 𝑥 ∈ V
20	19	elpr 4672	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ {1, 𝑀} ↔ (𝑥 = 1 ∨ 𝑥 = 𝑀))
21	18, 20	sylnibr 329	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐾 → ¬ 𝑥 ∈ {1, 𝑀})
22	1, 21	mprgbir 3074	. . 3 ⊢ (𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅
23	22	a1i 11	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅)
24		uncom 4181	. . . 4 ⊢ ({1} ∪ (𝐾 ∪ {𝑀})) = ((𝐾 ∪ {𝑀}) ∪ {1})
25		1z 12673	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℤ
26		fzsn 13626	. . . . . 6 ⊢ (1 ∈ ℤ → (1...1) = {1})
27	25, 26	ax-mp 5	. . . . 5 ⊢ (1...1) = {1}
28	15	uneq1i 4187	. . . . . 6 ⊢ (𝐾 ∪ {𝑀}) = (((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) ∪ {𝑀})
29		undif1 4499	. . . . . 6 ⊢ (((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) ∪ {𝑀}) = ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})
30	28, 29	eqtr2i 2769	. . . . 5 ⊢ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀}) = (𝐾 ∪ {𝑀})
31	27, 30	uneq12i 4189	. . . 4 ⊢ ((1...1) ∪ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})) = ({1} ∪ (𝐾 ∪ {𝑀}))
32		df-pr 4651	. . . . . . 7 ⊢ {1, 𝑀} = ({1} ∪ {𝑀})
33	32	equncomi 4183	. . . . . 6 ⊢ {1, 𝑀} = ({𝑀} ∪ {1})
34	33	uneq2i 4188	. . . . 5 ⊢ (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = (𝐾 ∪ ({𝑀} ∪ {1}))
35		unass 4195	. . . . 5 ⊢ ((𝐾 ∪ {𝑀}) ∪ {1}) = (𝐾 ∪ ({𝑀} ∪ {1}))
36	34, 35	eqtr4i 2771	. . . 4 ⊢ (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = ((𝐾 ∪ {𝑀}) ∪ {1})
37	24, 31, 36	3eqtr4i 2778	. . 3 ⊢ ((1...1) ∪ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})) = (𝐾 ∪ {1, 𝑀})
38		subfacp1lem1.m	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ (2...(𝑁 + 1)))
39	38	snssd 4834	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → {𝑀} ⊆ (2...(𝑁 + 1)))
40		ssequn2 4212	. . . . . . 7 ⊢ ({𝑀} ⊆ (2...(𝑁 + 1)) ↔ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀}) = (2...(𝑁 + 1)))
41	39, 40	sylib 218	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀}) = (2...(𝑁 + 1)))
42		df-2 12356	. . . . . . 7 ⊢ 2 = (1 + 1)
43	42	oveq1i 7458	. . . . . 6 ⊢ (2...(𝑁 + 1)) = ((1 + 1)...(𝑁 + 1))
44	41, 43	eqtrdi 2796	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀}) = ((1 + 1)...(𝑁 + 1)))
45	44	uneq2d 4191	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((1...1) ∪ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})) = ((1...1) ∪ ((1 + 1)...(𝑁 + 1))))
46		subfacp1lem1.n	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
47	46	peano2nnd 12310	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ ℕ)
48		nnuz 12946	. . . . . 6 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
49	47, 48	eleqtrdi 2854	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ (ℤ≥‘1))
50		eluzfz1 13591	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 + 1) ∈ (ℤ≥‘1) → 1 ∈ (1...(𝑁 + 1)))
51		fzsplit 13610	. . . . 5 ⊢ (1 ∈ (1...(𝑁 + 1)) → (1...(𝑁 + 1)) = ((1...1) ∪ ((1 + 1)...(𝑁 + 1))))
52	49, 50, 51	3syl 18	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (1...(𝑁 + 1)) = ((1...1) ∪ ((1 + 1)...(𝑁 + 1))))
53	45, 52	eqtr4d 2783	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((1...1) ∪ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})) = (1...(𝑁 + 1)))
54	37, 53	eqtr3id 2794	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = (1...(𝑁 + 1)))
55	42	oveq2i 7459	. . 3 ⊢ ((𝑁 + 1) − 2) = ((𝑁 + 1) − (1 + 1))
56		fzfi 14023	. . . . . . . . 9 ⊢ (2...(𝑁 + 1)) ∈ Fin
57		diffi 9242	. . . . . . . . 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 2840	. . . . . . 7 ⊢ 𝐾 ∈ Fin
60		prfi 9391	. . . . . . 7 ⊢ {1, 𝑀} ∈ Fin
61		hashun 14431	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐾 ∈ Fin ∧ {1, 𝑀} ∈ Fin ∧ (𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅) → (♯‘(𝐾 ∪ {1, 𝑀})) = ((♯‘𝐾) + (♯‘{1, 𝑀})))
62	59, 60, 22, 61	mp3an 1461	. . . . . 6 ⊢ (♯‘(𝐾 ∪ {1, 𝑀})) = ((♯‘𝐾) + (♯‘{1, 𝑀}))
63	54	fveq2d 6924	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (♯‘(𝐾 ∪ {1, 𝑀})) = (♯‘(1...(𝑁 + 1))))
64		neeq1 3009	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = 𝑀 → (𝑥 ≠ 1 ↔ 𝑀 ≠ 1))
65	3, 11	syl 17	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ (2...(𝑁 + 1)) → 𝑥 ≠ 1)
66	64, 65	vtoclga 3589	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑀 ∈ (2...(𝑁 + 1)) → 𝑀 ≠ 1)
67	38, 66	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ≠ 1)
68	67	necomd 3002	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 1 ≠ 𝑀)
69		1ex 11286	. . . . . . . . 9 ⊢ 1 ∈ V
70		subfacp1lem1.x	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑀 ∈ V
71		hashprg 14444	. . . . . . . . 9 ⊢ ((1 ∈ V ∧ 𝑀 ∈ V) → (1 ≠ 𝑀 ↔ (♯‘{1, 𝑀}) = 2))
72	69, 70, 71	mp2an 691	. . . . . . . 8 ⊢ (1 ≠ 𝑀 ↔ (♯‘{1, 𝑀}) = 2)
73	68, 72	sylib 218	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (♯‘{1, 𝑀}) = 2)
74	73	oveq2d 7464	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((♯‘𝐾) + (♯‘{1, 𝑀})) = ((♯‘𝐾) + 2))
75	62, 63, 74	3eqtr3a 2804	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (♯‘(1...(𝑁 + 1))) = ((♯‘𝐾) + 2))
76	47	nnnn0d 12613	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ ℕ0)
77		hashfz1 14395	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 + 1) ∈ ℕ0 → (♯‘(1...(𝑁 + 1))) = (𝑁 + 1))
78	76, 77	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (♯‘(1...(𝑁 + 1))) = (𝑁 + 1))
79	75, 78	eqtr3d 2782	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((♯‘𝐾) + 2) = (𝑁 + 1))
80	47	nncnd 12309	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ ℂ)
81		2cnd 12371	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
82		hashcl 14405	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐾 ∈ Fin → (♯‘𝐾) ∈ ℕ0)
83	59, 82	ax-mp 5	. . . . . . 7 ⊢ (♯‘𝐾) ∈ ℕ0
84	83	nn0cni 12565	. . . . . 6 ⊢ (♯‘𝐾) ∈ ℂ
85	84	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (♯‘𝐾) ∈ ℂ)
86	80, 81, 85	subadd2d 11666	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (((𝑁 + 1) − 2) = (♯‘𝐾) ↔ ((♯‘𝐾) + 2) = (𝑁 + 1)))
87	79, 86	mpbird 257	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 + 1) − 2) = (♯‘𝐾))
88	46	nncnd 12309	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℂ)
89		1cnd 11285	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
90	88, 89, 89	pnpcan2d 11685	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 + 1) − (1 + 1)) = (𝑁 − 1))
91	55, 87, 90	3eqtr3a 2804	. 2 ⊢ (𝜑 → (♯‘𝐾) = (𝑁 − 1))
92	23, 54, 91	3jca 1128	1 ⊢ (𝜑 → ((𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅ ∧ (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = (1...(𝑁 + 1)) ∧ (♯‘𝐾) = (𝑁 − 1)))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∨ wo 846   ∧ w3a 1087   = wceq 1537   ∈ wcel 2108  {cab 2717   ≠ wne 2946  ∀wral 3067  Vcvv 3488   ∖ cdif 3973   ∪ cun 3974   ∩ cin 3975   ⊆ wss 3976  ∅c0 4352  {csn 4648  {cpr 4650   class class class wbr 5166   ↦ cmpt 5249  –1-1-onto→wf1o 6572  ‘cfv 6573  (class class class)co 7448  Fincfn 9003  ℂcc 11182  1c1 11185   + caddc 11187   < clt 11324   ≤ cle 11325   − cmin 11520  ℕcn 12293  2c2 12348  ℕ₀cn0 12553  ℤcz 12639  ℤ_≥cuz 12903  ...cfz 13567  ♯chash 14379

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2711  ax-sep 5317  ax-nul 5324  ax-pow 5383  ax-pr 5447  ax-un 7770  ax-cnex 11240  ax-resscn 11241  ax-1cn 11242  ax-icn 11243  ax-addcl 11244  ax-addrcl 11245  ax-mulcl 11246  ax-mulrcl 11247  ax-mulcom 11248  ax-addass 11249  ax-mulass 11250  ax-distr 11251  ax-i2m1 11252  ax-1ne0 11253  ax-1rid 11254  ax-rnegex 11255  ax-rrecex 11256  ax-cnre 11257  ax-pre-lttri 11258  ax-pre-lttrn 11259  ax-pre-ltadd 11260  ax-pre-mulgt0 11261

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2543  df-eu 2572  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2819  df-nfc 2895  df-ne 2947  df-nel 3053  df-ral 3068  df-rex 3077  df-reu 3389  df-rab 3444  df-v 3490  df-sbc 3805  df-csb 3922  df-dif 3979  df-un 3981  df-in 3983  df-ss 3993  df-pss 3996  df-nul 4353  df-if 4549  df-pw 4624  df-sn 4649  df-pr 4651  df-op 4655  df-uni 4932  df-int 4971  df-iun 5017  df-br 5167  df-opab 5229  df-mpt 5250  df-tr 5284  df-id 5593  df-eprel 5599  df-po 5607  df-so 5608  df-fr 5652  df-we 5654  df-xp 5706  df-rel 5707  df-cnv 5708  df-co 5709  df-dm 5710  df-rn 5711  df-res 5712  df-ima 5713  df-pred 6332  df-ord 6398  df-on 6399  df-lim 6400  df-suc 6401  df-iota 6525  df-fun 6575  df-fn 6576  df-f 6577  df-f1 6578  df-fo 6579  df-f1o 6580  df-fv 6581  df-riota 7404  df-ov 7451  df-oprab 7452  df-mpo 7453  df-om 7904  df-1st 8030  df-2nd 8031  df-frecs 8322  df-wrecs 8353  df-recs 8427  df-rdg 8466  df-1o 8522  df-2o 8523  df-oadd 8526  df-er 8763  df-en 9004  df-dom 9005  df-sdom 9006  df-fin 9007  df-dju 9970  df-card 10008  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11522  df-neg 11523  df-nn 12294  df-2 12356  df-n0 12554  df-z 12640  df-uz 12904  df-fz 13568  df-hash 14380

This theorem is referenced by:  subfacp1lem2a  35148  subfacp1lem3  35150  subfacp1lem4  35151