Users' Mathboxes Mathbox for Mario Carneiro < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  subfacp1lem4 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem subfacp1lem4 34472
Description: Lemma for subfacp1 34475. The function 𝐹, which swaps 1 with 𝑀 and leaves all other elements alone, is a bijection of order 2, i.e. it is its own inverse. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Jan-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
derang.d 𝐷 = (𝑥 ∈ Fin ↦ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝑥1-1-onto𝑥 ∧ ∀𝑦𝑥 (𝑓𝑦) ≠ 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))(𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}
subfacp1lem1.n (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
subfacp1lem1.m (𝜑𝑀 ∈ (2...(𝑁 + 1)))
subfacp1lem1.x 𝑀 ∈ V
subfacp1lem1.k 𝐾 = ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀})
subfacp1lem5.b 𝐵 = {𝑔𝐴 ∣ ((𝑔‘1) = 𝑀 ∧ (𝑔𝑀) ≠ 1)}
subfacp1lem5.f 𝐹 = (( I ↾ 𝐾) ∪ {⟨1, 𝑀⟩, ⟨𝑀, 1⟩})
Assertion
Ref Expression
subfacp1lem4 (𝜑𝐹 = 𝐹)
Distinct variable groups:   𝑓,𝑔,𝑛,𝑥,𝑦,𝐴   𝑓,𝐹,𝑔,𝑥,𝑦   𝑓,𝑁,𝑔,𝑛,𝑥,𝑦   𝐵,𝑓,𝑔,𝑥,𝑦   𝜑,𝑥,𝑦   𝐷,𝑛   𝑓,𝐾,𝑛,𝑥,𝑦   𝑓,𝑀,𝑔,𝑥,𝑦   𝑆,𝑛,𝑥,𝑦
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑓,𝑔,𝑛)   𝐵(𝑛)   𝐷(𝑥,𝑦,𝑓,𝑔)   𝑆(𝑓,𝑔)   𝐹(𝑛)   𝐾(𝑔)   𝑀(𝑛)

Proof of Theorem subfacp1lem4
StepHypRef Expression
1 derang.d . . . . 5 𝐷 = (𝑥 ∈ Fin ↦ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝑥1-1-onto𝑥 ∧ ∀𝑦𝑥 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
2 subfac.n . . . . 5 𝑆 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑛)))
3 subfacp1lem.a . . . . 5 𝐴 = {𝑓 ∣ (𝑓:(1...(𝑁 + 1))–1-1-onto→(1...(𝑁 + 1)) ∧ ∀𝑦 ∈ (1...(𝑁 + 1))(𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}
4 subfacp1lem1.n . . . . 5 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
5 subfacp1lem1.m . . . . 5 (𝜑𝑀 ∈ (2...(𝑁 + 1)))
6 subfacp1lem1.x . . . . 5 𝑀 ∈ V
7 subfacp1lem1.k . . . . 5 𝐾 = ((2...(𝑁 + 1)) ∖ {𝑀})
8 subfacp1lem5.f . . . . 5 𝐹 = (( I ↾ 𝐾) ∪ {⟨1, 𝑀⟩, ⟨𝑀, 1⟩})
9 f1oi 6870 . . . . . 6 ( I ↾ 𝐾):𝐾1-1-onto𝐾
109a1i 11 . . . . 5 (𝜑 → ( I ↾ 𝐾):𝐾1-1-onto𝐾)
111, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10subfacp1lem2a 34469 . . . 4 (𝜑 → (𝐹:(1...(𝑁 + 1))–1-1-onto→(1...(𝑁 + 1)) ∧ (𝐹‘1) = 𝑀 ∧ (𝐹𝑀) = 1))
1211simp1d 1140 . . 3 (𝜑𝐹:(1...(𝑁 + 1))–1-1-onto→(1...(𝑁 + 1)))
13 f1ocnv 6844 . . 3 (𝐹:(1...(𝑁 + 1))–1-1-onto→(1...(𝑁 + 1)) → 𝐹:(1...(𝑁 + 1))–1-1-onto→(1...(𝑁 + 1)))
14 f1ofn 6833 . . 3 (𝐹:(1...(𝑁 + 1))–1-1-onto→(1...(𝑁 + 1)) → 𝐹 Fn (1...(𝑁 + 1)))
1512, 13, 143syl 18 . 2 (𝜑𝐹 Fn (1...(𝑁 + 1)))
16 f1ofn 6833 . . 3 (𝐹:(1...(𝑁 + 1))–1-1-onto→(1...(𝑁 + 1)) → 𝐹 Fn (1...(𝑁 + 1)))
1712, 16syl 17 . 2 (𝜑𝐹 Fn (1...(𝑁 + 1)))
181, 2, 3, 4, 5, 6, 7subfacp1lem1 34468 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝐾 ∩ {1, 𝑀}) = ∅ ∧ (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = (1...(𝑁 + 1)) ∧ (♯‘𝐾) = (𝑁 − 1)))
1918simp2d 1141 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) = (1...(𝑁 + 1)))
2019eleq2d 2817 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑥 ∈ (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) ↔ 𝑥 ∈ (1...(𝑁 + 1))))
2120biimpar 476 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (1...(𝑁 + 1))) → 𝑥 ∈ (𝐾 ∪ {1, 𝑀}))
22 elun 4147 . . . . 5 (𝑥 ∈ (𝐾 ∪ {1, 𝑀}) ↔ (𝑥𝐾𝑥 ∈ {1, 𝑀}))
2321, 22sylib 217 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (1...(𝑁 + 1))) → (𝑥𝐾𝑥 ∈ {1, 𝑀}))
241, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10subfacp1lem2b 34470 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥𝐾) → (𝐹𝑥) = (( I ↾ 𝐾)‘𝑥))
25 fvresi 7172 . . . . . . . . 9 (𝑥𝐾 → (( I ↾ 𝐾)‘𝑥) = 𝑥)
2625adantl 480 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥𝐾) → (( I ↾ 𝐾)‘𝑥) = 𝑥)
2724, 26eqtrd 2770 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥𝐾) → (𝐹𝑥) = 𝑥)
2827fveq2d 6894 . . . . . 6 ((𝜑𝑥𝐾) → (𝐹‘(𝐹𝑥)) = (𝐹𝑥))
2928, 27eqtrd 2770 . . . . 5 ((𝜑𝑥𝐾) → (𝐹‘(𝐹𝑥)) = 𝑥)
30 vex 3476 . . . . . . 7 𝑥 ∈ V
3130elpr 4650 . . . . . 6 (𝑥 ∈ {1, 𝑀} ↔ (𝑥 = 1 ∨ 𝑥 = 𝑀))
3211simp2d 1141 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐹‘1) = 𝑀)
3332fveq2d 6894 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐹‘(𝐹‘1)) = (𝐹𝑀))
3411simp3d 1142 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐹𝑀) = 1)
3533, 34eqtrd 2770 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐹‘(𝐹‘1)) = 1)
36 2fveq3 6895 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 1 → (𝐹‘(𝐹𝑥)) = (𝐹‘(𝐹‘1)))
37 id 22 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 1 → 𝑥 = 1)
3836, 37eqeq12d 2746 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 1 → ((𝐹‘(𝐹𝑥)) = 𝑥 ↔ (𝐹‘(𝐹‘1)) = 1))
3935, 38syl5ibrcom 246 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑥 = 1 → (𝐹‘(𝐹𝑥)) = 𝑥))
4034fveq2d 6894 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐹‘(𝐹𝑀)) = (𝐹‘1))
4140, 32eqtrd 2770 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐹‘(𝐹𝑀)) = 𝑀)
42 2fveq3 6895 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑀 → (𝐹‘(𝐹𝑥)) = (𝐹‘(𝐹𝑀)))
43 id 22 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑀𝑥 = 𝑀)
4442, 43eqeq12d 2746 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑀 → ((𝐹‘(𝐹𝑥)) = 𝑥 ↔ (𝐹‘(𝐹𝑀)) = 𝑀))
4541, 44syl5ibrcom 246 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑥 = 𝑀 → (𝐹‘(𝐹𝑥)) = 𝑥))
4639, 45jaod 855 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝑥 = 1 ∨ 𝑥 = 𝑀) → (𝐹‘(𝐹𝑥)) = 𝑥))
4746imp 405 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥 = 1 ∨ 𝑥 = 𝑀)) → (𝐹‘(𝐹𝑥)) = 𝑥)
4831, 47sylan2b 592 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ {1, 𝑀}) → (𝐹‘(𝐹𝑥)) = 𝑥)
4929, 48jaodan 954 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐾𝑥 ∈ {1, 𝑀})) → (𝐹‘(𝐹𝑥)) = 𝑥)
5023, 49syldan 589 . . 3 ((𝜑𝑥 ∈ (1...(𝑁 + 1))) → (𝐹‘(𝐹𝑥)) = 𝑥)
5112adantr 479 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (1...(𝑁 + 1))) → 𝐹:(1...(𝑁 + 1))–1-1-onto→(1...(𝑁 + 1)))
52 f1of 6832 . . . . . 6 (𝐹:(1...(𝑁 + 1))–1-1-onto→(1...(𝑁 + 1)) → 𝐹:(1...(𝑁 + 1))⟶(1...(𝑁 + 1)))
5312, 52syl 17 . . . . 5 (𝜑𝐹:(1...(𝑁 + 1))⟶(1...(𝑁 + 1)))
5453ffvelcdmda 7085 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (1...(𝑁 + 1))) → (𝐹𝑥) ∈ (1...(𝑁 + 1)))
55 f1ocnvfv 7278 . . . 4 ((𝐹:(1...(𝑁 + 1))–1-1-onto→(1...(𝑁 + 1)) ∧ (𝐹𝑥) ∈ (1...(𝑁 + 1))) → ((𝐹‘(𝐹𝑥)) = 𝑥 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝑥)))
5651, 54, 55syl2anc 582 . . 3 ((𝜑𝑥 ∈ (1...(𝑁 + 1))) → ((𝐹‘(𝐹𝑥)) = 𝑥 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝑥)))
5750, 56mpd 15 . 2 ((𝜑𝑥 ∈ (1...(𝑁 + 1))) → (𝐹𝑥) = (𝐹𝑥))
5815, 17, 57eqfnfvd 7034 1 (𝜑𝐹 = 𝐹)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 394  wo 843   = wceq 1539  wcel 2104  {cab 2707  wne 2938  wral 3059  {crab 3430  Vcvv 3472  cdif 3944  cun 3945  cin 3946  c0 4321  {csn 4627  {cpr 4629  cop 4633  cmpt 5230   I cid 5572  ccnv 5674  cres 5677   Fn wfn 6537  wf 6538  1-1-ontowf1o 6541  cfv 6542  (class class class)co 7411  Fincfn 8941  1c1 11113   + caddc 11115  cmin 11448  cn 12216  2c2 12271  0cn0 12476  ...cfz 13488  chash 14294
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1911  ax-6 1969  ax-7 2009  ax-8 2106  ax-9 2114  ax-10 2135  ax-11 2152  ax-12 2169  ax-ext 2701  ax-sep 5298  ax-nul 5305  ax-pow 5362  ax-pr 5426  ax-un 7727  ax-cnex 11168  ax-resscn 11169  ax-1cn 11170  ax-icn 11171  ax-addcl 11172  ax-addrcl 11173  ax-mulcl 11174  ax-mulrcl 11175  ax-mulcom 11176  ax-addass 11177  ax-mulass 11178  ax-distr 11179  ax-i2m1 11180  ax-1ne0 11181  ax-1rid 11182  ax-rnegex 11183  ax-rrecex 11184  ax-cnre 11185  ax-pre-lttri 11186  ax-pre-lttrn 11187  ax-pre-ltadd 11188  ax-pre-mulgt0 11189
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2532  df-eu 2561  df-clab 2708  df-cleq 2722  df-clel 2808  df-nfc 2883  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-reu 3375  df-rab 3431  df-v 3474  df-sbc 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-pss 3966  df-nul 4322  df-if 4528  df-pw 4603  df-sn 4628  df-pr 4630  df-op 4634  df-uni 4908  df-int 4950  df-iun 4998  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-tr 5265  df-id 5573  df-eprel 5579  df-po 5587  df-so 5588  df-fr 5630  df-we 5632  df-xp 5681  df-rel 5682  df-cnv 5683  df-co 5684  df-dm 5685  df-rn 5686  df-res 5687  df-ima 5688  df-pred 6299  df-ord 6366  df-on 6367  df-lim 6368  df-suc 6369  df-iota 6494  df-fun 6544  df-fn 6545  df-f 6546  df-f1 6547  df-fo 6548  df-f1o 6549  df-fv 6550  df-riota 7367  df-ov 7414  df-oprab 7415  df-mpo 7416  df-om 7858  df-1st 7977  df-2nd 7978  df-frecs 8268  df-wrecs 8299  df-recs 8373  df-rdg 8412  df-1o 8468  df-oadd 8472  df-er 8705  df-en 8942  df-dom 8943  df-sdom 8944  df-fin 8945  df-dju 9898  df-card 9936  df-pnf 11254  df-mnf 11255  df-xr 11256  df-ltxr 11257  df-le 11258  df-sub 11450  df-neg 11451  df-nn 12217  df-2 12279  df-n0 12477  df-z 12563  df-uz 12827  df-fz 13489  df-hash 14295
This theorem is referenced by:  subfacp1lem5  34473
  Copyright terms: Public domain W3C validator