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Theorem clwwlknun

Description: The set of closed walks of fixed length N in a simple graph G is the union of the closed walks of the fixed length N on each of the vertices of graph G . (Contributed by Alexander van der Vekens, 7-Oct-2018) (Revised by AV, 28-May-2021) (Revised by AV, 3-Mar-2022) (Proof shortened by AV, 28-Mar-2022)

Ref Expression
Hypothesis clwwlknun.v ⊢ V = Vtx ⁡ G
Assertion clwwlknun ⊢ G ∈ USGraph → N ClWWalksN G = ⋃ x ∈ V x ClWWalksNOn ⁡ G N

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 clwwlknun.v ⊢ V = Vtx ⁡ G
2 eliun ⊢ y ∈ ⋃ x ∈ V x ClWWalksNOn ⁡ G N ↔ ∃ x ∈ V y ∈ x ClWWalksNOn ⁡ G N
3 isclwwlknon ⊢ y ∈ x ClWWalksNOn ⁡ G N ↔ y ∈ N ClWWalksN G ∧ y ⁡ 0 = x
4 3 rexbii ⊢ ∃ x ∈ V y ∈ x ClWWalksNOn ⁡ G N ↔ ∃ x ∈ V y ∈ N ClWWalksN G ∧ y ⁡ 0 = x
5 simpl ⊢ y ∈ N ClWWalksN G ∧ y ⁡ 0 = x → y ∈ N ClWWalksN G
6 5 rexlimivw ⊢ ∃ x ∈ V y ∈ N ClWWalksN G ∧ y ⁡ 0 = x → y ∈ N ClWWalksN G
7 eqid ⊢ Edg ⁡ G = Edg ⁡ G
8 1 7 clwwlknp ⊢ y ∈ N ClWWalksN G → y ∈ Word V ∧ y = N ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ N − 1 y ⁡ i y ⁡ i + 1 ∈ Edg ⁡ G ∧ lastS ⁡ y y ⁡ 0 ∈ Edg ⁡ G
9 8 anim2i ⊢ G ∈ USGraph ∧ y ∈ N ClWWalksN G → G ∈ USGraph ∧ y ∈ Word V ∧ y = N ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ N − 1 y ⁡ i y ⁡ i + 1 ∈ Edg ⁡ G ∧ lastS ⁡ y y ⁡ 0 ∈ Edg ⁡ G
10 7 1 usgrpredgv ⊢ G ∈ USGraph ∧ lastS ⁡ y y ⁡ 0 ∈ Edg ⁡ G → lastS ⁡ y ∈ V ∧ y ⁡ 0 ∈ V
11 10 ex ⊢ G ∈ USGraph → lastS ⁡ y y ⁡ 0 ∈ Edg ⁡ G → lastS ⁡ y ∈ V ∧ y ⁡ 0 ∈ V
12 simpr ⊢ lastS ⁡ y ∈ V ∧ y ⁡ 0 ∈ V → y ⁡ 0 ∈ V
13 11 12 syl6com ⊢ lastS ⁡ y y ⁡ 0 ∈ Edg ⁡ G → G ∈ USGraph → y ⁡ 0 ∈ V
14 13 3ad2ant3 ⊢ y ∈ Word V ∧ y = N ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ N − 1 y ⁡ i y ⁡ i + 1 ∈ Edg ⁡ G ∧ lastS ⁡ y y ⁡ 0 ∈ Edg ⁡ G → G ∈ USGraph → y ⁡ 0 ∈ V
15 14 impcom ⊢ G ∈ USGraph ∧ y ∈ Word V ∧ y = N ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ N − 1 y ⁡ i y ⁡ i + 1 ∈ Edg ⁡ G ∧ lastS ⁡ y y ⁡ 0 ∈ Edg ⁡ G → y ⁡ 0 ∈ V
16 simpr ⊢ G ∈ USGraph ∧ y ∈ Word V ∧ y = N ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ N − 1 y ⁡ i y ⁡ i + 1 ∈ Edg ⁡ G ∧ lastS ⁡ y y ⁡ 0 ∈ Edg ⁡ G ∧ x = y ⁡ 0 → x = y ⁡ 0
17 16 eqcomd ⊢ G ∈ USGraph ∧ y ∈ Word V ∧ y = N ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ N − 1 y ⁡ i y ⁡ i + 1 ∈ Edg ⁡ G ∧ lastS ⁡ y y ⁡ 0 ∈ Edg ⁡ G ∧ x = y ⁡ 0 → y ⁡ 0 = x
18 17 biantrud ⊢ G ∈ USGraph ∧ y ∈ Word V ∧ y = N ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ N − 1 y ⁡ i y ⁡ i + 1 ∈ Edg ⁡ G ∧ lastS ⁡ y y ⁡ 0 ∈ Edg ⁡ G ∧ x = y ⁡ 0 → y ∈ N ClWWalksN G ↔ y ∈ N ClWWalksN G ∧ y ⁡ 0 = x
19 18 bicomd ⊢ G ∈ USGraph ∧ y ∈ Word V ∧ y = N ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ N − 1 y ⁡ i y ⁡ i + 1 ∈ Edg ⁡ G ∧ lastS ⁡ y y ⁡ 0 ∈ Edg ⁡ G ∧ x = y ⁡ 0 → y ∈ N ClWWalksN G ∧ y ⁡ 0 = x ↔ y ∈ N ClWWalksN G
20 15 19 rspcedv ⊢ G ∈ USGraph ∧ y ∈ Word V ∧ y = N ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ N − 1 y ⁡ i y ⁡ i + 1 ∈ Edg ⁡ G ∧ lastS ⁡ y y ⁡ 0 ∈ Edg ⁡ G → y ∈ N ClWWalksN G → ∃ x ∈ V y ∈ N ClWWalksN G ∧ y ⁡ 0 = x
21 20 adantld ⊢ G ∈ USGraph ∧ y ∈ Word V ∧ y = N ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ N − 1 y ⁡ i y ⁡ i + 1 ∈ Edg ⁡ G ∧ lastS ⁡ y y ⁡ 0 ∈ Edg ⁡ G → G ∈ USGraph ∧ y ∈ N ClWWalksN G → ∃ x ∈ V y ∈ N ClWWalksN G ∧ y ⁡ 0 = x
22 9 21 mpcom ⊢ G ∈ USGraph ∧ y ∈ N ClWWalksN G → ∃ x ∈ V y ∈ N ClWWalksN G ∧ y ⁡ 0 = x
23 22 ex ⊢ G ∈ USGraph → y ∈ N ClWWalksN G → ∃ x ∈ V y ∈ N ClWWalksN G ∧ y ⁡ 0 = x
24 6 23 impbid2 ⊢ G ∈ USGraph → ∃ x ∈ V y ∈ N ClWWalksN G ∧ y ⁡ 0 = x ↔ y ∈ N ClWWalksN G
25 4 24 bitrid ⊢ G ∈ USGraph → ∃ x ∈ V y ∈ x ClWWalksNOn ⁡ G N ↔ y ∈ N ClWWalksN G
26 2 25 bitr2id ⊢ G ∈ USGraph → y ∈ N ClWWalksN G ↔ y ∈ ⋃ x ∈ V x ClWWalksNOn ⁡ G N
27 26 eqrdv ⊢ G ∈ USGraph → N ClWWalksN G = ⋃ x ∈ V x ClWWalksNOn ⁡ G N