Metamath Proof Explorer


Theorem hashfac

Description: A factorial counts the number of bijections on a finite set. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Jan-2015) (Proof shortened by Mario Carneiro, 17-Apr-2015)

Ref Expression
Assertion hashfac ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘“ โˆฃ ๐‘“ : ๐ด โ€“1-1-ontoโ†’ ๐ด } ) = ( ! โ€˜ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 hashf1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ Fin โˆง ๐ด โˆˆ Fin ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘“ โˆฃ ๐‘“ : ๐ด โ€“1-1โ†’ ๐ด } ) = ( ( ! โ€˜ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) C ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) ) )
2 1 anidms โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘“ โˆฃ ๐‘“ : ๐ด โ€“1-1โ†’ ๐ด } ) = ( ( ! โ€˜ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) C ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) ) )
3 enrefg โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ๐ด โ‰ˆ ๐ด )
4 f1finf1o โŠข ( ( ๐ด โ‰ˆ ๐ด โˆง ๐ด โˆˆ Fin ) โ†’ ( ๐‘“ : ๐ด โ€“1-1โ†’ ๐ด โ†” ๐‘“ : ๐ด โ€“1-1-ontoโ†’ ๐ด ) )
5 3 4 mpancom โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( ๐‘“ : ๐ด โ€“1-1โ†’ ๐ด โ†” ๐‘“ : ๐ด โ€“1-1-ontoโ†’ ๐ด ) )
6 5 abbidv โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ { ๐‘“ โˆฃ ๐‘“ : ๐ด โ€“1-1โ†’ ๐ด } = { ๐‘“ โˆฃ ๐‘“ : ๐ด โ€“1-1-ontoโ†’ ๐ด } )
7 6 fveq2d โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘“ โˆฃ ๐‘“ : ๐ด โ€“1-1โ†’ ๐ด } ) = ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘“ โˆฃ ๐‘“ : ๐ด โ€“1-1-ontoโ†’ ๐ด } ) )
8 hashcl โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 )
9 bcnn โŠข ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) C ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) = 1 )
10 8 9 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) C ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) = 1 )
11 10 oveq2d โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( ( ! โ€˜ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) C ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ( ! โ€˜ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) ยท 1 ) )
12 8 faccld โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( ! โ€˜ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„• )
13 12 nncnd โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( ! โ€˜ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ )
14 13 mulridd โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( ( ! โ€˜ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) ยท 1 ) = ( ! โ€˜ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) )
15 11 14 eqtrd โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( ( ! โ€˜ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) C ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ! โ€˜ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) )
16 2 7 15 3eqtr3d โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘“ โˆฃ ๐‘“ : ๐ด โ€“1-1-ontoโ†’ ๐ด } ) = ( ! โ€˜ ( โ™ฏ โ€˜ ๐ด ) ) )