Metamath Proof Explorer


Theorem cycpm2tr

Description: A cyclic permutation of 2 elements is a transposition. (Contributed by Thierry Arnoux, 24-Sep-2023)

Ref Expression
Hypotheses cycpm2.c ⊢ C = toCyc ⁡ D
cycpm2.d ⊢ φ → D ∈ V
cycpm2.i ⊢ φ → I ∈ D
cycpm2.j ⊢ φ → J ∈ D
cycpm2.1 ⊢ φ → I ≠ J
cycpm2tr.t ⊢ T = pmTrsp ⁡ D
Assertion cycpm2tr ⊢ φ → C ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ = T ⁡ I J

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cycpm2.c ⊢ C = toCyc ⁡ D
2 cycpm2.d ⊢ φ → D ∈ V
3 cycpm2.i ⊢ φ → I ∈ D
4 cycpm2.j ⊢ φ → J ∈ D
5 cycpm2.1 ⊢ φ → I ≠ J
6 cycpm2tr.t ⊢ T = pmTrsp ⁡ D
7 partfun ⊢ x ∈ D ⟼ if x ∈ I J ⋃ I J ∖ x x = x ∈ D ∩ I J ⟼ ⋃ I J ∖ x ∪ x ∈ D ∖ I J ⟼ x
8 7 a1i ⊢ φ → x ∈ D ⟼ if x ∈ I J ⋃ I J ∖ x x = x ∈ D ∩ I J ⟼ ⋃ I J ∖ x ∪ x ∈ D ∖ I J ⟼ x
9 cshw1s2 ⊢ I ∈ D ∧ J ∈ D → ⟨“ IJ ”⟩ cyclShift 1 = ⟨“ JI ”⟩
10 3 4 9 syl2anc ⊢ φ → ⟨“ IJ ”⟩ cyclShift 1 = ⟨“ JI ”⟩
11 10 coeq1d ⊢ φ → ⟨“ IJ ”⟩ cyclShift 1 ∘ ⟨“ IJ ”⟩ -1 = ⟨“ JI ”⟩ ∘ ⟨“ IJ ”⟩ -1
12 0nn0 ⊢ 0 ∈ ℕ 0
13 12 a1i ⊢ φ → 0 ∈ ℕ 0
14 1nn0 ⊢ 1 ∈ ℕ 0
15 14 a1i ⊢ φ → 1 ∈ ℕ 0
16 0ne1 ⊢ 0 ≠ 1
17 16 a1i ⊢ φ → 0 ≠ 1
18 13 4 15 3 17 3 4 5 coprprop ⊢ φ → 0 J 1 I ∘ I 0 J 1 = I J J I
19 s2prop ⊢ J ∈ D ∧ I ∈ D → ⟨“ JI ”⟩ = 0 J 1 I
20 4 3 19 syl2anc ⊢ φ → ⟨“ JI ”⟩ = 0 J 1 I
21 s2prop ⊢ I ∈ D ∧ J ∈ D → ⟨“ IJ ”⟩ = 0 I 1 J
22 3 4 21 syl2anc ⊢ φ → ⟨“ IJ ”⟩ = 0 I 1 J
23 22 cnveqd ⊢ φ → ⟨“ IJ ”⟩ -1 = 0 I 1 J -1
24 cnvprop ⊢ 0 ∈ ℕ 0 ∧ I ∈ D ∧ 1 ∈ ℕ 0 ∧ J ∈ D → 0 I 1 J -1 = I 0 J 1
25 13 3 15 4 24 syl22anc ⊢ φ → 0 I 1 J -1 = I 0 J 1
26 23 25 eqtrd ⊢ φ → ⟨“ IJ ”⟩ -1 = I 0 J 1
27 20 26 coeq12d ⊢ φ → ⟨“ JI ”⟩ ∘ ⟨“ IJ ”⟩ -1 = 0 J 1 I ∘ I 0 J 1
28 3 4 4 3 5 mptprop ⊢ φ → I J J I = x ∈ I J ⟼ if x = I J I
29 3 4 prssd ⊢ φ → I J ⊆ D
30 dfss2 ⊢ I J ⊆ D ↔ I J ∩ D = I J
31 29 30 sylib ⊢ φ → I J ∩ D = I J
32 incom ⊢ I J ∩ D = D ∩ I J
33 31 32 eqtr3di ⊢ φ → I J = D ∩ I J
34 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ I J ∧ x = I → x = I
35 34 sneqd ⊢ φ ∧ x ∈ I J ∧ x = I → x = I
36 35 difeq2d ⊢ φ ∧ x ∈ I J ∧ x = I → I J ∖ x = I J ∖ I
37 36 unieqd ⊢ φ ∧ x ∈ I J ∧ x = I → ⋃ I J ∖ x = ⋃ I J ∖ I
38 difprsn1 ⊢ I ≠ J → I J ∖ I = J
39 38 unieqd ⊢ I ≠ J → ⋃ I J ∖ I = ⋃ J
40 5 39 syl ⊢ φ → ⋃ I J ∖ I = ⋃ J
41 unisng ⊢ J ∈ D → ⋃ J = J
42 4 41 syl ⊢ φ → ⋃ J = J
43 40 42 eqtrd ⊢ φ → ⋃ I J ∖ I = J
44 43 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ I J ∧ x = I → ⋃ I J ∖ I = J
45 37 44 eqtr2d ⊢ φ ∧ x ∈ I J ∧ x = I → J = ⋃ I J ∖ x
46 vex ⊢ x ∈ V
47 46 elpr ⊢ x ∈ I J ↔ x = I ∨ x = J
48 df-or ⊢ x = I ∨ x = J ↔ ¬ x = I → x = J
49 47 48 sylbb ⊢ x ∈ I J → ¬ x = I → x = J
50 49 imp ⊢ x ∈ I J ∧ ¬ x = I → x = J
51 50 adantll ⊢ φ ∧ x ∈ I J ∧ ¬ x = I → x = J
52 51 sneqd ⊢ φ ∧ x ∈ I J ∧ ¬ x = I → x = J
53 52 difeq2d ⊢ φ ∧ x ∈ I J ∧ ¬ x = I → I J ∖ x = I J ∖ J
54 53 unieqd ⊢ φ ∧ x ∈ I J ∧ ¬ x = I → ⋃ I J ∖ x = ⋃ I J ∖ J
55 difprsn2 ⊢ I ≠ J → I J ∖ J = I
56 55 unieqd ⊢ I ≠ J → ⋃ I J ∖ J = ⋃ I
57 5 56 syl ⊢ φ → ⋃ I J ∖ J = ⋃ I
58 unisng ⊢ I ∈ D → ⋃ I = I
59 3 58 syl ⊢ φ → ⋃ I = I
60 57 59 eqtrd ⊢ φ → ⋃ I J ∖ J = I
61 60 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ I J ∧ ¬ x = I → ⋃ I J ∖ J = I
62 54 61 eqtr2d ⊢ φ ∧ x ∈ I J ∧ ¬ x = I → I = ⋃ I J ∖ x
63 45 62 ifeqda ⊢ φ ∧ x ∈ I J → if x = I J I = ⋃ I J ∖ x
64 33 63 mpteq12dva ⊢ φ → x ∈ I J ⟼ if x = I J I = x ∈ D ∩ I J ⟼ ⋃ I J ∖ x
65 28 64 eqtr2d ⊢ φ → x ∈ D ∩ I J ⟼ ⋃ I J ∖ x = I J J I
66 18 27 65 3eqtr4d ⊢ φ → ⟨“ JI ”⟩ ∘ ⟨“ IJ ”⟩ -1 = x ∈ D ∩ I J ⟼ ⋃ I J ∖ x
67 11 66 eqtrd ⊢ φ → ⟨“ IJ ”⟩ cyclShift 1 ∘ ⟨“ IJ ”⟩ -1 = x ∈ D ∩ I J ⟼ ⋃ I J ∖ x
68 3 4 s2rn ⊢ φ → ran ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ = I J
69 68 difeq2d ⊢ φ → D ∖ ran ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ = D ∖ I J
70 69 reseq2d ⊢ φ → I ↾ D ∖ ran ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ = I ↾ D ∖ I J
71 mptresid ⊢ I ↾ D ∖ I J = x ∈ D ∖ I J ⟼ x
72 70 71 eqtrdi ⊢ φ → I ↾ D ∖ ran ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ = x ∈ D ∖ I J ⟼ x
73 67 72 uneq12d ⊢ φ → ⟨“ IJ ”⟩ cyclShift 1 ∘ ⟨“ IJ ”⟩ -1 ∪ I ↾ D ∖ ran ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ = x ∈ D ∩ I J ⟼ ⋃ I J ∖ x ∪ x ∈ D ∖ I J ⟼ x
74 uncom ⊢ ⟨“ IJ ”⟩ cyclShift 1 ∘ ⟨“ IJ ”⟩ -1 ∪ I ↾ D ∖ ran ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ = I ↾ D ∖ ran ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ ∪ ⟨“ IJ ”⟩ cyclShift 1 ∘ ⟨“ IJ ”⟩ -1
75 74 a1i ⊢ φ → ⟨“ IJ ”⟩ cyclShift 1 ∘ ⟨“ IJ ”⟩ -1 ∪ I ↾ D ∖ ran ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ = I ↾ D ∖ ran ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ ∪ ⟨“ IJ ”⟩ cyclShift 1 ∘ ⟨“ IJ ”⟩ -1
76 8 73 75 3eqtr2rd ⊢ φ → I ↾ D ∖ ran ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ ∪ ⟨“ IJ ”⟩ cyclShift 1 ∘ ⟨“ IJ ”⟩ -1 = x ∈ D ⟼ if x ∈ I J ⋃ I J ∖ x x
77 3 4 s2cld ⊢ φ → ⟨“ IJ ”⟩ ∈ Word D
78 3 4 5 s2f1 ⊢ φ → ⟨“ IJ ”⟩ : dom ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ ⟶ 1-1 D
79 1 2 77 78 tocycfv ⊢ φ → C ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ = I ↾ D ∖ ran ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ ∪ ⟨“ IJ ”⟩ cyclShift 1 ∘ ⟨“ IJ ”⟩ -1
80 enpr2 ⊢ I ∈ D ∧ J ∈ D ∧ I ≠ J → I J ≈ 2 𝑜
81 3 4 5 80 syl3anc ⊢ φ → I J ≈ 2 𝑜
82 6 pmtrval ⊢ D ∈ V ∧ I J ⊆ D ∧ I J ≈ 2 𝑜 → T ⁡ I J = x ∈ D ⟼ if x ∈ I J ⋃ I J ∖ x x
83 2 29 81 82 syl3anc ⊢ φ → T ⁡ I J = x ∈ D ⟼ if x ∈ I J ⋃ I J ∖ x x
84 76 79 83 3eqtr4d ⊢ φ → C ⁡ ⟨“ IJ ”⟩ = T ⁡ I J