Theorem subfacp1lem1 36062

Description: Lemma for subfacp1 36069. 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 4402	. . . 4 ⊢ ((𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅ ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐾 ¬ 𝑥 ∈ {1, 𝑀})
2		eldifi 4066	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) → 𝑥 ∈ (2...(𝑁 + 1)))
3		elfzle1 13667	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ (2...(𝑁 + 1)) → 2 ≤ 𝑥)
4		1lt2 12522	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 1 < 2
5		1re 11315	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 1 ∈ ℝ
6		2re 12424	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 2 ∈ ℝ
7	5, 6	ltnlei 11438	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (1 < 2 ↔ ¬ 2 ≤ 1)
8	4, 7	mpbi 233	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ¬ 2 ≤ 1
9		breq2 5106	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = 1 → (2 ≤ 𝑥 ↔ 2 ≤ 1))
10	8, 9	mtbiri 330	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = 1 → ¬ 2 ≤ 𝑥)
11	10	necon2ai 2984	. . . . . . . . 9 ⊢ (2 ≤ 𝑥 → 𝑥 ≠ 1)
12	2, 3, 11	3syl 19	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) → 𝑥 ≠ 1)
13		eldifsni 4749	. . . . . . . 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 2878	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐾 → (𝑥 ≠ 1 ∧ 𝑥 ≠ 𝑀))
17		neanior 3048	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ≠ 1 ∧ 𝑥 ≠ 𝑀) ↔ ¬ (𝑥 = 1 ∨ 𝑥 = 𝑀))
18	16, 17	sylib 221	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐾 → ¬ (𝑥 = 1 ∨ 𝑥 = 𝑀))
19		vex 3454	. . . . . 6 ⊢ 𝑥 ∈ V
20	19	elpr 4605	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ {1, 𝑀} ↔ (𝑥 = 1 ∨ 𝑥 = 𝑀))
21	18, 20	sylnibr 332	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐾 → ¬ 𝑥 ∈ {1, 𝑀})
22	1, 21	mprgbir 3083	. . 3 ⊢ (𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅
23	22	a1i 11	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅)
24		uncom 4156	. . . 4 ⊢ ({1} ∪ (𝐾 ∪ {𝑀})) = ((𝐾 ∪ {𝑀}) ∪ {1})
25		1z 12733	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℤ
26		fzsn 13707	. . . . . 6 ⊢ (1 ∈ ℤ → (1...1) = {1})
27	25, 26	ax-mp 5	. . . . 5 ⊢ (1...1) = {1}
28	15	uneq1i 4162	. . . . . 6 ⊢ (𝐾 ∪ {𝑀}) = (((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) ∪ {𝑀})
29		undif1 4429	. . . . . 6 ⊢ (((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀}) ∪ {𝑀}) = ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})
30	28, 29	eqtr2i 2784	. . . . 5 ⊢ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀}) = (𝐾 ∪ {𝑀})
31	27, 30	uneq12i 4164	. . . 4 ⊢ ((1...1) ∪ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})) = ({1} ∪ (𝐾 ∪ {𝑀}))
32		df-pr 4587	. . . . . . 7 ⊢ {1, 𝑀} = ({1} ∪ {𝑀})
33	32	equncomi 4158	. . . . . 6 ⊢ {1, 𝑀} = ({𝑀} ∪ {1})
34	33	uneq2i 4163	. . . . 5 ⊢ (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = (𝐾 ∪ ({𝑀} ∪ {1}))
35		unass 4169	. . . . 5 ⊢ ((𝐾 ∪ {𝑀}) ∪ {1}) = (𝐾 ∪ ({𝑀} ∪ {1}))
36	34, 35	eqtr4i 2786	. . . 4 ⊢ (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = ((𝐾 ∪ {𝑀}) ∪ {1})
37	24, 31, 36	3eqtr4i 2793	. . 3 ⊢ ((1...1) ∪ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})) = (𝐾 ∪ {1, 𝑀})
38		subfacp1lem1.m	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ (2...(𝑁 + 1)))
39	38	snssd 4743	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → {𝑀} ⊆ (2...(𝑁 + 1)))
40		ssequn2 4186	. . . . . . 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 12412	. . . . . . 7 ⊢ 2 = (1 + 1)
43	42	oveq1i 7434	. . . . . 6 ⊢ (2...(𝑁 + 1)) = ((1 + 1)...(𝑁 + 1))
44	41, 43	eqtrdi 2811	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀}) = ((1 + 1)...(𝑁 + 1)))
45	44	uneq2d 4166	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((1...1) ∪ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})) = ((1...1) ∪ ((1 + 1)...(𝑁 + 1))))
46		subfacp1lem1.n	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
47	46	peano2nnd 12359	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ ℕ)
48		nnuz 13011	. . . . . 6 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
49	47, 48	eleqtrdi 2870	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ (ℤ≥‘1))
50		eluzfz1 13671	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 + 1) ∈ (ℤ≥‘1) → 1 ∈ (1...(𝑁 + 1)))
51		fzsplit 13691	. . . . 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 2798	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((1...1) ∪ ((2...(𝑁 + 1)) ∪ {𝑀})) = (1...(𝑁 + 1)))
54	37, 53	eqtr3id 2809	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = (1...(𝑁 + 1)))
55	42	oveq2i 7435	. . 3 ⊢ ((𝑁 + 1) − 2) = ((𝑁 + 1) − (1 + 1))
56		fzfi 14122	. . . . . . . . 9 ⊢ (2...(𝑁 + 1)) ∈ Fin
57		diffi 9198	. . . . . . . . 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 2856	. . . . . . 7 ⊢ 𝐾 ∈ Fin
60		prfi 9323	. . . . . . 7 ⊢ {1, 𝑀} ∈ Fin
61		hashun 14533	. . . . . . 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 6894	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (♯‘(𝐾 ∪ {1, 𝑀})) = (♯‘(1...(𝑁 + 1))))
64		neeq1 3017	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = 𝑀 → (𝑥 ≠ 1 ↔ 𝑀 ≠ 1))
65	3, 11	syl 18	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ (2...(𝑁 + 1)) → 𝑥 ≠ 1)
66	64, 65	vtoclga 3536	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑀 ∈ (2...(𝑁 + 1)) → 𝑀 ≠ 1)
67	38, 66	syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ≠ 1)
68	67	necomd 3010	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 1 ≠ 𝑀)
69		1ex 11310	. . . . . . . . 9 ⊢ 1 ∈ V
70		subfacp1lem1.x	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑀 ∈ V
71		hashprg 14546	. . . . . . . . 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 7440	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((♯‘𝐾) + (♯‘{1, 𝑀})) = ((♯‘𝐾) + 2))
75	62, 63, 74	3eqtr3a 2819	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (♯‘(1...(𝑁 + 1))) = ((♯‘𝐾) + 2))
76	47	nnnn0d 12674	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ ℕ0)
77		hashfz1 14497	. . . . . 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 2797	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((♯‘𝐾) + 2) = (𝑁 + 1))
80	47	nncnd 12358	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ ℂ)
81		2cnd 12428	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
82		hashcl 14507	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐾 ∈ Fin → (♯‘𝐾) ∈ ℕ0)
83	59, 82	ax-mp 5	. . . . . . 7 ⊢ (♯‘𝐾) ∈ ℕ0
84	83	nn0cni 12625	. . . . . 6 ⊢ (♯‘𝐾) ∈ ℂ
85	84	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (♯‘𝐾) ∈ ℂ)
86	80, 81, 85	subadd2d 11695	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (((𝑁 + 1) − 2) = (♯‘𝐾) ↔ ((♯‘𝐾) + 2) = (𝑁 + 1)))
87	79, 86	mpbird 260	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 + 1) − 2) = (♯‘𝐾))
88	46	nncnd 12358	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℂ)
89		1cnd 11309	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
90	88, 89, 89	pnpcan2d 11714	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 + 1) − (1 + 1)) = (𝑁 − 1))
91	55, 87, 90	3eqtr3a 2819	. 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 1569   ∈ wcel 2144  {cab 2738   ≠ wne 2955  ∀wral 3076  Vcvv 3450   ⊆ wss 3896   ∖ cdif 4044   ∩ cin 4088   ∪ cun 4148  ∅c0 4277  {csn 4584  {cpr 4586   class class class wbr 5102   ↦ cmpt 5185  –1-1-onto→wf1o 6542  ‘cfv 6543  (class class class)co 7424  Fincfn 8981  ℂcc 11205  1c1 11208   + caddc 11210   < clt 11350   ≤ cle 11351   − cmin 11548  ℕcn 12342  2c2 12404  ℕ₀cn0 12613  ℤcz 12700  ℤ_≥cuz 12972  ...cfz 13646  ♯chash 14481

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7755  ax-cnex 11263  ax-resscn 11264  ax-1cn 11265  ax-icn 11266  ax-addcl 11267  ax-addrcl 11268  ax-mulcl 11269  ax-mulrcl 11270  ax-mulcom 11271  ax-addass 11272  ax-mulass 11273  ax-distr 11274  ax-i2m1 11275  ax-1ne0 11276  ax-1rid 11277  ax-rnegex 11278  ax-rrecex 11279  ax-cnre 11280  ax-pre-lttri 11281  ax-pre-lttrn 11282  ax-pre-ltadd 11283  ax-pre-mulgt0 11284

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3848  df-ss 3897  df-pss 4013  df-dif 4046  df-in 4090  df-un 4150  df-nul 4278  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6307  df-ord 6368  df-on 6369  df-lim 6370  df-suc 6371  df-iota 6497  df-fun 6545  df-fn 6546  df-f 6547  df-f1 6548  df-fo 6549  df-f1o 6550  df-fv 6551  df-riota 7381  df-ov 7427  df-oprab 7428  df-mpo 7429  df-om 7882  df-1st 8005  df-2nd 8006  df-frecs 8307  df-wrecs 8338  df-recs 8387  df-rdg 8426  df-1o 8484  df-2o 8485  df-oadd 8488  df-er 8725  df-en 8982  df-dom 8983  df-sdom 8984  df-fin 8985  df-dju 9989  df-card 10027  df-pnf 11352  df-mnf 11353  df-xr 11354  df-ltxr 11355  df-le 11356  df-sub 11550  df-neg 11551  df-nn 12343  df-2 12412  df-n0 12614  df-z 12701  df-uz 12973  df-fz 13647  df-hash 14482

This theorem is used by:  subfacp1lem2a  36063  subfacp1lem3  36065  subfacp1lem4  36066