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Theorem numclwwlk3

Description: Statement 12 in Huneke p. 2: "Thus f(n) = (k - 1)f(n - 2) + k^(n-2)." - the number of the closed walks v(0) ... v(n-2) v(n-1) v(n) is the sum of the number of the closed walks v(0) ... v(n-2) v(n-1) v(n) with v(n-2) = v(n) (see numclwwlk1 ) and with v(n-2) =/= v(n) (see numclwwlk2 ): f(n) = kf(n-2) + k^(n-2) - f(n-2) = (k-1)f(n-2) + k^(n-2). (Contributed by Alexander van der Vekens, 26-Aug-2018) (Revised by AV, 6-Mar-2022)

Ref Expression
Hypothesis numclwwlk3.v ⊢ V = Vtx ⁡ G
Assertion numclwwlk3 ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → X ClWWalksNOn ⁡ G N = K − 1 ⁢ X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 + K N − 2

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 numclwwlk3.v ⊢ V = Vtx ⁡ G
2 simpl ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph → G RegUSGraph K
3 simp1 ⊢ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → V ∈ Fin
4 1 finrusgrfusgr ⊢ G RegUSGraph K ∧ V ∈ Fin → G ∈ FinUSGraph
5 2 3 4 syl2an ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → G ∈ FinUSGraph
6 simpr2 ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → X ∈ V
7 uzuzle23 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → N ∈ ℤ ≥ 2
8 7 3ad2ant3 ⊢ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → N ∈ ℤ ≥ 2
9 8 adantl ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → N ∈ ℤ ≥ 2
10 eqid ⊢ v ∈ V , n ∈ ℤ ≥ 2 ⟼ w ∈ v ClWWalksNOn ⁡ G n | w ⁡ n − 2 = v = v ∈ V , n ∈ ℤ ≥ 2 ⟼ w ∈ v ClWWalksNOn ⁡ G n | w ⁡ n − 2 = v
11 eqid ⊢ v ∈ V , n ∈ ℤ ≥ 2 ⟼ w ∈ v ClWWalksNOn ⁡ G n | w ⁡ n − 2 ≠ v = v ∈ V , n ∈ ℤ ≥ 2 ⟼ w ∈ v ClWWalksNOn ⁡ G n | w ⁡ n − 2 ≠ v
12 10 11 numclwwlk3lem2 ⊢ G ∈ FinUSGraph ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 2 → X ClWWalksNOn ⁡ G N = X v ∈ V , n ∈ ℤ ≥ 2 ⟼ w ∈ v ClWWalksNOn ⁡ G n | w ⁡ n − 2 ≠ v N + X v ∈ V , n ∈ ℤ ≥ 2 ⟼ w ∈ v ClWWalksNOn ⁡ G n | w ⁡ n − 2 = v N
13 5 6 9 12 syl21anc ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → X ClWWalksNOn ⁡ G N = X v ∈ V , n ∈ ℤ ≥ 2 ⟼ w ∈ v ClWWalksNOn ⁡ G n | w ⁡ n − 2 ≠ v N + X v ∈ V , n ∈ ℤ ≥ 2 ⟼ w ∈ v ClWWalksNOn ⁡ G n | w ⁡ n − 2 = v N
14 eqid ⊢ v ∈ V , n ∈ ℕ ⟼ w ∈ n WWalksN G | w ⁡ 0 = v ∧ lastS ⁡ w ≠ v = v ∈ V , n ∈ ℕ ⟼ w ∈ n WWalksN G | w ⁡ 0 = v ∧ lastS ⁡ w ≠ v
15 1 14 11 numclwwlk2 ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → X v ∈ V , n ∈ ℤ ≥ 2 ⟼ w ∈ v ClWWalksNOn ⁡ G n | w ⁡ n − 2 ≠ v N = K N − 2 − X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2
16 2 3 anim12ci ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → V ∈ Fin ∧ G RegUSGraph K
17 3simpc ⊢ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3
18 17 adantl ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3
19 eqid ⊢ X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 = X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2
20 1 10 19 numclwwlk1 ⊢ V ∈ Fin ∧ G RegUSGraph K ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → X v ∈ V , n ∈ ℤ ≥ 2 ⟼ w ∈ v ClWWalksNOn ⁡ G n | w ⁡ n − 2 = v N = K ⁢ X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2
21 16 18 20 syl2anc ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → X v ∈ V , n ∈ ℤ ≥ 2 ⟼ w ∈ v ClWWalksNOn ⁡ G n | w ⁡ n − 2 = v N = K ⁢ X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2
22 15 21 oveq12d ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → X v ∈ V , n ∈ ℤ ≥ 2 ⟼ w ∈ v ClWWalksNOn ⁡ G n | w ⁡ n − 2 ≠ v N + X v ∈ V , n ∈ ℤ ≥ 2 ⟼ w ∈ v ClWWalksNOn ⁡ G n | w ⁡ n − 2 = v N = K N − 2 - X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 + K ⁢ X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2
23 simpll ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → G RegUSGraph K
24 ne0i ⊢ X ∈ V → V ≠ ∅
25 24 3ad2ant2 ⊢ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → V ≠ ∅
26 25 adantl ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → V ≠ ∅
27 1 frusgrnn0 ⊢ G ∈ FinUSGraph ∧ G RegUSGraph K ∧ V ≠ ∅ → K ∈ ℕ 0
28 5 23 26 27 syl3anc ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → K ∈ ℕ 0
29 28 nn0cnd ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → K ∈ ℂ
30 uz3m2nn ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → N − 2 ∈ ℕ
31 30 3anim3i ⊢ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N − 2 ∈ ℕ
32 31 adantl ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N − 2 ∈ ℕ
33 1 clwwlknonfin ⊢ V ∈ Fin → X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 ∈ Fin
34 33 3ad2ant1 ⊢ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N − 2 ∈ ℕ → X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 ∈ Fin
35 hashcl ⊢ X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 ∈ Fin → X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 ∈ ℕ 0
36 35 nn0cnd ⊢ X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 ∈ Fin → X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 ∈ ℂ
37 32 34 36 3syl ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 ∈ ℂ
38 numclwwlk3lem1 ⊢ K ∈ ℂ ∧ X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 ∈ ℂ ∧ N ∈ ℤ ≥ 2 → K N − 2 - X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 + K ⁢ X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 = K − 1 ⁢ X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 + K N − 2
39 29 37 9 38 syl3anc ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → K N − 2 - X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 + K ⁢ X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 = K − 1 ⁢ X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 + K N − 2
40 13 22 39 3eqtrd ⊢ G RegUSGraph K ∧ G ∈ FriendGraph ∧ V ∈ Fin ∧ X ∈ V ∧ N ∈ ℤ ≥ 3 → X ClWWalksNOn ⁡ G N = K − 1 ⁢ X ClWWalksNOn ⁡ G N − 2 + K N − 2