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Theorem subfacp1

Description: A two-term recurrence for the subfactorial. This theorem allows to forget the combinatorial definition of the derangement number in favor of the recursive definition provided by this theorem and subfac0 , subfac1 . (Contributed by Mario Carneiro, 23-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses derang.d ⊢ D = x ∈ Fin ⟼ f | f : x ⟶ 1-1 onto x ∧ ∀ y ∈ x f ⁡ y ≠ y
subfac.n ⊢ S = n ∈ ℕ 0 ⟼ D ⁡ 1 … n
Assertion subfacp1 ⊢ N ∈ ℕ → S ⁡ N + 1 = N ⁢ S ⁡ N + S ⁡ N − 1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 derang.d ⊢ D = x ∈ Fin ⟼ f | f : x ⟶ 1-1 onto x ∧ ∀ y ∈ x f ⁡ y ≠ y
2 subfac.n ⊢ S = n ∈ ℕ 0 ⟼ D ⁡ 1 … n
3 f1oeq1 ⊢ g = f → g : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ↔ f : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1
4 fveq2 ⊢ z = y → g ⁡ z = g ⁡ y
5 id ⊢ z = y → z = y
6 4 5 neeq12d ⊢ z = y → g ⁡ z ≠ z ↔ g ⁡ y ≠ y
7 6 cbvralvw ⊢ ∀ z ∈ 1 … N + 1 g ⁡ z ≠ z ↔ ∀ y ∈ 1 … N + 1 g ⁡ y ≠ y
8 fveq1 ⊢ g = f → g ⁡ y = f ⁡ y
9 8 neeq1d ⊢ g = f → g ⁡ y ≠ y ↔ f ⁡ y ≠ y
10 9 ralbidv ⊢ g = f → ∀ y ∈ 1 … N + 1 g ⁡ y ≠ y ↔ ∀ y ∈ 1 … N + 1 f ⁡ y ≠ y
11 7 10 bitrid ⊢ g = f → ∀ z ∈ 1 … N + 1 g ⁡ z ≠ z ↔ ∀ y ∈ 1 … N + 1 f ⁡ y ≠ y
12 3 11 anbi12d ⊢ g = f → g : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ z ∈ 1 … N + 1 g ⁡ z ≠ z ↔ f : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ y ∈ 1 … N + 1 f ⁡ y ≠ y
13 12 cbvabv ⊢ g | g : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ z ∈ 1 … N + 1 g ⁡ z ≠ z = f | f : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ y ∈ 1 … N + 1 f ⁡ y ≠ y
14 1 2 13 subfacp1lem6 ⊢ N ∈ ℕ → S ⁡ N + 1 = N ⁢ S ⁡ N + S ⁡ N − 1