Metamath Proof Explorer


Theorem subfacp1lem3

Description: Lemma for subfacp1 . In subfacp1lem6 we cut up the set of all derangements on 1 ... ( N + 1 ) first according to the value at 1 , and then by whether or not ( f( f1 ) ) = 1 . In this lemma, we show that the subset of all N + 1 derangements that satisfy this for fixed M = ( f1 ) is in bijection with N - 1 derangements, by simply dropping the x = 1 and x = M points from the function to get a derangement on K = ( 1 ... ( N - 1 ) ) \ { 1 , M } . (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
subfacp1lem.a ⊢ A = f | f : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ y ∈ 1 … N + 1 f ⁡ y ≠ y
subfacp1lem1.n ⊢ φ → N ∈ ℕ
subfacp1lem1.m ⊢ φ → M ∈ 2 … N + 1
subfacp1lem1.x ⊢ M ∈ V
subfacp1lem1.k ⊢ K = 2 … N + 1 ∖ M
subfacp1lem3.b ⊢ B = g ∈ A | g ⁡ 1 = M ∧ g ⁡ M = 1
subfacp1lem3.c ⊢ C = f | f : K ⟶ 1-1 onto K ∧ ∀ y ∈ K f ⁡ y ≠ y
Assertion subfacp1lem3 ⊢ φ → B = 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 subfacp1lem.a ⊢ A = f | f : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ y ∈ 1 … N + 1 f ⁡ y ≠ y
4 subfacp1lem1.n ⊢ φ → N ∈ ℕ
5 subfacp1lem1.m ⊢ φ → M ∈ 2 … N + 1
6 subfacp1lem1.x ⊢ M ∈ V
7 subfacp1lem1.k ⊢ K = 2 … N + 1 ∖ M
8 subfacp1lem3.b ⊢ B = g ∈ A | g ⁡ 1 = M ∧ g ⁡ M = 1
9 subfacp1lem3.c ⊢ C = f | f : K ⟶ 1-1 onto K ∧ ∀ y ∈ K f ⁡ y ≠ y
10 fzfi ⊢ 1 … N + 1 ∈ Fin
11 deranglem ⊢ 1 … N + 1 ∈ Fin → f | f : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ y ∈ 1 … N + 1 f ⁡ y ≠ y ∈ Fin
12 10 11 ax-mp ⊢ f | f : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ y ∈ 1 … N + 1 f ⁡ y ≠ y ∈ Fin
13 3 12 eqeltri ⊢ A ∈ Fin
14 8 ssrab3 ⊢ B ⊆ A
15 ssfi ⊢ A ∈ Fin ∧ B ⊆ A → B ∈ Fin
16 13 14 15 mp2an ⊢ B ∈ Fin
17 16 elexi ⊢ B ∈ V
18 17 a1i ⊢ φ → B ∈ V
19 eqid ⊢ b ∈ B ⟼ b ↾ K = b ∈ B ⟼ b ↾ K
20 fveq1 ⊢ g = b → g ⁡ 1 = b ⁡ 1
21 20 eqeq1d ⊢ g = b → g ⁡ 1 = M ↔ b ⁡ 1 = M
22 fveq1 ⊢ g = b → g ⁡ M = b ⁡ M
23 22 eqeq1d ⊢ g = b → g ⁡ M = 1 ↔ b ⁡ M = 1
24 21 23 anbi12d ⊢ g = b → g ⁡ 1 = M ∧ g ⁡ M = 1 ↔ b ⁡ 1 = M ∧ b ⁡ M = 1
25 24 8 elrab2 ⊢ b ∈ B ↔ b ∈ A ∧ b ⁡ 1 = M ∧ b ⁡ M = 1
26 25 bilani ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ∈ A ∧ b ⁡ 1 = M ∧ b ⁡ M = 1
27 26 simpld ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ∈ A
28 vex ⊢ b ∈ V
29 f1oeq1 ⊢ f = b → f : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ↔ b : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1
30 fveq1 ⊢ f = b → f ⁡ y = b ⁡ y
31 30 neeq1d ⊢ f = b → f ⁡ y ≠ y ↔ b ⁡ y ≠ y
32 31 ralbidv ⊢ f = b → ∀ y ∈ 1 … N + 1 f ⁡ y ≠ y ↔ ∀ y ∈ 1 … N + 1 b ⁡ y ≠ y
33 29 32 anbi12d ⊢ f = b → f : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ y ∈ 1 … N + 1 f ⁡ y ≠ y ↔ b : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ y ∈ 1 … N + 1 b ⁡ y ≠ y
34 28 33 3 elab2 ⊢ b ∈ A ↔ b : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ y ∈ 1 … N + 1 b ⁡ y ≠ y
35 27 34 sylib ⊢ φ ∧ b ∈ B → b : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ y ∈ 1 … N + 1 b ⁡ y ≠ y
36 35 simpld ⊢ φ ∧ b ∈ B → b : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1
37 f1of1 ⊢ b : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 → b : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 1 … N + 1
38 df-f1 ⊢ b : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 1 … N + 1 ↔ b : 1 … N + 1 ⟶ 1 … N + 1 ∧ Fun ⁡ b -1
39 38 simprbi ⊢ b : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 1 … N + 1 → Fun ⁡ b -1
40 36 37 39 3syl ⊢ φ ∧ b ∈ B → Fun ⁡ b -1
41 f1ofn ⊢ b : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 → b Fn 1 … N + 1
42 36 41 syl ⊢ φ ∧ b ∈ B → b Fn 1 … N + 1
43 fnresdm ⊢ b Fn 1 … N + 1 → b ↾ 1 … N + 1 = b
44 f1oeq1 ⊢ b ↾ 1 … N + 1 = b → b ↾ 1 … N + 1 : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ↔ b : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1
45 42 43 44 3syl ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ↾ 1 … N + 1 : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ↔ b : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1
46 36 45 mpbird ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ↾ 1 … N + 1 : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1
47 f1ofo ⊢ b ↾ 1 … N + 1 : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 → b ↾ 1 … N + 1 : 1 … N + 1 ⟶ onto 1 … N + 1
48 46 47 syl ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ↾ 1 … N + 1 : 1 … N + 1 ⟶ onto 1 … N + 1
49 ssun2 ⊢ 1 M ⊆ K ∪ 1 M
50 1 2 3 4 5 6 7 subfacp1lem1 ⊢ φ → K ∩ 1 M = ∅ ∧ K ∪ 1 M = 1 … N + 1 ∧ K = N − 1
51 50 simp2d ⊢ φ → K ∪ 1 M = 1 … N + 1
52 49 51 sseqtrid ⊢ φ → 1 M ⊆ 1 … N + 1
53 52 adantr ⊢ φ ∧ b ∈ B → 1 M ⊆ 1 … N + 1
54 42 53 fnssresd ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ↾ 1 M Fn 1 M
55 26 simprd ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ⁡ 1 = M ∧ b ⁡ M = 1
56 55 simpld ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ⁡ 1 = M
57 6 prid2 ⊢ M ∈ 1 M
58 56 57 eqeltrdi ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ⁡ 1 ∈ 1 M
59 55 simprd ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ⁡ M = 1
60 1ex ⊢ 1 ∈ V
61 60 prid1 ⊢ 1 ∈ 1 M
62 59 61 eqeltrdi ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ⁡ M ∈ 1 M
63 fveq2 ⊢ x = 1 → b ⁡ x = b ⁡ 1
64 63 eleq1d ⊢ x = 1 → b ⁡ x ∈ 1 M ↔ b ⁡ 1 ∈ 1 M
65 fveq2 ⊢ x = M → b ⁡ x = b ⁡ M
66 65 eleq1d ⊢ x = M → b ⁡ x ∈ 1 M ↔ b ⁡ M ∈ 1 M
67 60 6 64 66 ralpr ⊢ ∀ x ∈ 1 M b ⁡ x ∈ 1 M ↔ b ⁡ 1 ∈ 1 M ∧ b ⁡ M ∈ 1 M
68 58 62 67 sylanbrc ⊢ φ ∧ b ∈ B → ∀ x ∈ 1 M b ⁡ x ∈ 1 M
69 fvres ⊢ x ∈ 1 M → b ↾ 1 M ⁡ x = b ⁡ x
70 69 eleq1d ⊢ x ∈ 1 M → b ↾ 1 M ⁡ x ∈ 1 M ↔ b ⁡ x ∈ 1 M
71 70 ralbiia ⊢ ∀ x ∈ 1 M b ↾ 1 M ⁡ x ∈ 1 M ↔ ∀ x ∈ 1 M b ⁡ x ∈ 1 M
72 68 71 sylibr ⊢ φ ∧ b ∈ B → ∀ x ∈ 1 M b ↾ 1 M ⁡ x ∈ 1 M
73 ffnfv ⊢ b ↾ 1 M : 1 M ⟶ 1 M ↔ b ↾ 1 M Fn 1 M ∧ ∀ x ∈ 1 M b ↾ 1 M ⁡ x ∈ 1 M
74 54 72 73 sylanbrc ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ↾ 1 M : 1 M ⟶ 1 M
75 fveqeq2 ⊢ y = M → b ⁡ y = 1 ↔ b ⁡ M = 1
76 75 rspcev ⊢ M ∈ 1 M ∧ b ⁡ M = 1 → ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = 1
77 57 59 76 sylancr ⊢ φ ∧ b ∈ B → ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = 1
78 fveqeq2 ⊢ y = 1 → b ⁡ y = M ↔ b ⁡ 1 = M
79 78 rspcev ⊢ 1 ∈ 1 M ∧ b ⁡ 1 = M → ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = M
80 61 56 79 sylancr ⊢ φ ∧ b ∈ B → ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = M
81 eqeq2 ⊢ x = 1 → b ⁡ y = x ↔ b ⁡ y = 1
82 81 rexbidv ⊢ x = 1 → ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = x ↔ ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = 1
83 eqeq2 ⊢ x = M → b ⁡ y = x ↔ b ⁡ y = M
84 83 rexbidv ⊢ x = M → ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = x ↔ ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = M
85 60 6 82 84 ralpr ⊢ ∀ x ∈ 1 M ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = x ↔ ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = 1 ∧ ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = M
86 77 80 85 sylanbrc ⊢ φ ∧ b ∈ B → ∀ x ∈ 1 M ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = x
87 eqcom ⊢ x = b ↾ 1 M ⁡ y ↔ b ↾ 1 M ⁡ y = x
88 fvres ⊢ y ∈ 1 M → b ↾ 1 M ⁡ y = b ⁡ y
89 88 eqeq1d ⊢ y ∈ 1 M → b ↾ 1 M ⁡ y = x ↔ b ⁡ y = x
90 87 89 bitrid ⊢ y ∈ 1 M → x = b ↾ 1 M ⁡ y ↔ b ⁡ y = x
91 90 rexbiia ⊢ ∃ y ∈ 1 M x = b ↾ 1 M ⁡ y ↔ ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = x
92 91 ralbii ⊢ ∀ x ∈ 1 M ∃ y ∈ 1 M x = b ↾ 1 M ⁡ y ↔ ∀ x ∈ 1 M ∃ y ∈ 1 M b ⁡ y = x
93 86 92 sylibr ⊢ φ ∧ b ∈ B → ∀ x ∈ 1 M ∃ y ∈ 1 M x = b ↾ 1 M ⁡ y
94 dffo3 ⊢ b ↾ 1 M : 1 M ⟶ onto 1 M ↔ b ↾ 1 M : 1 M ⟶ 1 M ∧ ∀ x ∈ 1 M ∃ y ∈ 1 M x = b ↾ 1 M ⁡ y
95 74 93 94 sylanbrc ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ↾ 1 M : 1 M ⟶ onto 1 M
96 resdif ⊢ Fun ⁡ b -1 ∧ b ↾ 1 … N + 1 : 1 … N + 1 ⟶ onto 1 … N + 1 ∧ b ↾ 1 M : 1 M ⟶ onto 1 M → b ↾ 1 … N + 1 ∖ 1 M : 1 … N + 1 ∖ 1 M ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∖ 1 M
97 40 48 95 96 syl3anc ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ↾ 1 … N + 1 ∖ 1 M : 1 … N + 1 ∖ 1 M ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∖ 1 M
98 uncom ⊢ 1 M ∪ K = K ∪ 1 M
99 98 51 eqtrid ⊢ φ → 1 M ∪ K = 1 … N + 1
100 incom ⊢ 1 M ∩ K = K ∩ 1 M
101 50 simp1d ⊢ φ → K ∩ 1 M = ∅
102 100 101 eqtrid ⊢ φ → 1 M ∩ K = ∅
103 uneqdifeq ⊢ 1 M ⊆ 1 … N + 1 ∧ 1 M ∩ K = ∅ → 1 M ∪ K = 1 … N + 1 ↔ 1 … N + 1 ∖ 1 M = K
104 52 102 103 syl2anc ⊢ φ → 1 M ∪ K = 1 … N + 1 ↔ 1 … N + 1 ∖ 1 M = K
105 99 104 mpbid ⊢ φ → 1 … N + 1 ∖ 1 M = K
106 105 adantr ⊢ φ ∧ b ∈ B → 1 … N + 1 ∖ 1 M = K
107 reseq2 ⊢ 1 … N + 1 ∖ 1 M = K → b ↾ 1 … N + 1 ∖ 1 M = b ↾ K
108 107 f1oeq1d ⊢ 1 … N + 1 ∖ 1 M = K → b ↾ 1 … N + 1 ∖ 1 M : 1 … N + 1 ∖ 1 M ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∖ 1 M ↔ b ↾ K : 1 … N + 1 ∖ 1 M ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∖ 1 M
109 f1oeq2 ⊢ 1 … N + 1 ∖ 1 M = K → b ↾ K : 1 … N + 1 ∖ 1 M ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∖ 1 M ↔ b ↾ K : K ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∖ 1 M
110 f1oeq3 ⊢ 1 … N + 1 ∖ 1 M = K → b ↾ K : K ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∖ 1 M ↔ b ↾ K : K ⟶ 1-1 onto K
111 108 109 110 3bitrd ⊢ 1 … N + 1 ∖ 1 M = K → b ↾ 1 … N + 1 ∖ 1 M : 1 … N + 1 ∖ 1 M ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∖ 1 M ↔ b ↾ K : K ⟶ 1-1 onto K
112 106 111 syl ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ↾ 1 … N + 1 ∖ 1 M : 1 … N + 1 ∖ 1 M ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∖ 1 M ↔ b ↾ K : K ⟶ 1-1 onto K
113 97 112 mpbid ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ↾ K : K ⟶ 1-1 onto K
114 ssun1 ⊢ K ⊆ K ∪ 1 M
115 114 51 sseqtrid ⊢ φ → K ⊆ 1 … N + 1
116 115 adantr ⊢ φ ∧ b ∈ B → K ⊆ 1 … N + 1
117 35 simprd ⊢ φ ∧ b ∈ B → ∀ y ∈ 1 … N + 1 b ⁡ y ≠ y
118 ssralv ⊢ K ⊆ 1 … N + 1 → ∀ y ∈ 1 … N + 1 b ⁡ y ≠ y → ∀ y ∈ K b ⁡ y ≠ y
119 116 117 118 sylc ⊢ φ ∧ b ∈ B → ∀ y ∈ K b ⁡ y ≠ y
120 28 resex ⊢ b ↾ K ∈ V
121 f1oeq1 ⊢ f = b ↾ K → f : K ⟶ 1-1 onto K ↔ b ↾ K : K ⟶ 1-1 onto K
122 fveq1 ⊢ f = b ↾ K → f ⁡ y = b ↾ K ⁡ y
123 fvres ⊢ y ∈ K → b ↾ K ⁡ y = b ⁡ y
124 122 123 sylan9eq ⊢ f = b ↾ K ∧ y ∈ K → f ⁡ y = b ⁡ y
125 124 neeq1d ⊢ f = b ↾ K ∧ y ∈ K → f ⁡ y ≠ y ↔ b ⁡ y ≠ y
126 125 ralbidva ⊢ f = b ↾ K → ∀ y ∈ K f ⁡ y ≠ y ↔ ∀ y ∈ K b ⁡ y ≠ y
127 121 126 anbi12d ⊢ f = b ↾ K → f : K ⟶ 1-1 onto K ∧ ∀ y ∈ K f ⁡ y ≠ y ↔ b ↾ K : K ⟶ 1-1 onto K ∧ ∀ y ∈ K b ⁡ y ≠ y
128 120 127 9 elab2 ⊢ b ↾ K ∈ C ↔ b ↾ K : K ⟶ 1-1 onto K ∧ ∀ y ∈ K b ⁡ y ≠ y
129 113 119 128 sylanbrc ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ↾ K ∈ C
130 4 adantr ⊢ φ ∧ c ∈ C → N ∈ ℕ
131 5 adantr ⊢ φ ∧ c ∈ C → M ∈ 2 … N + 1
132 eqid ⊢ c ∪ 1 M M 1 = c ∪ 1 M M 1
133 vex ⊢ c ∈ V
134 f1oeq1 ⊢ f = c → f : K ⟶ 1-1 onto K ↔ c : K ⟶ 1-1 onto K
135 fveq1 ⊢ f = c → f ⁡ y = c ⁡ y
136 135 neeq1d ⊢ f = c → f ⁡ y ≠ y ↔ c ⁡ y ≠ y
137 136 ralbidv ⊢ f = c → ∀ y ∈ K f ⁡ y ≠ y ↔ ∀ y ∈ K c ⁡ y ≠ y
138 134 137 anbi12d ⊢ f = c → f : K ⟶ 1-1 onto K ∧ ∀ y ∈ K f ⁡ y ≠ y ↔ c : K ⟶ 1-1 onto K ∧ ∀ y ∈ K c ⁡ y ≠ y
139 133 138 9 elab2 ⊢ c ∈ C ↔ c : K ⟶ 1-1 onto K ∧ ∀ y ∈ K c ⁡ y ≠ y
140 139 bilani ⊢ φ ∧ c ∈ C → c : K ⟶ 1-1 onto K ∧ ∀ y ∈ K c ⁡ y ≠ y
141 140 simpld ⊢ φ ∧ c ∈ C → c : K ⟶ 1-1 onto K
142 1 2 3 130 131 6 7 132 141 subfacp1lem2a ⊢ φ ∧ c ∈ C → c ∪ 1 M M 1 : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1 = M ∧ c ∪ 1 M M 1 ⁡ M = 1
143 142 simp1d ⊢ φ ∧ c ∈ C → c ∪ 1 M M 1 : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1
144 1 2 3 130 131 6 7 132 141 subfacp1lem2b ⊢ φ ∧ c ∈ C ∧ y ∈ K → c ∪ 1 M M 1 ⁡ y = c ⁡ y
145 140 simprd ⊢ φ ∧ c ∈ C → ∀ y ∈ K c ⁡ y ≠ y
146 145 r19.21bi ⊢ φ ∧ c ∈ C ∧ y ∈ K → c ⁡ y ≠ y
147 144 146 eqnetrd ⊢ φ ∧ c ∈ C ∧ y ∈ K → c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y
148 147 ralrimiva ⊢ φ ∧ c ∈ C → ∀ y ∈ K c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y
149 142 simp2d ⊢ φ ∧ c ∈ C → c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1 = M
150 elfzuz ⊢ M ∈ 2 … N + 1 → M ∈ ℤ ≥ 2
151 eluz2b3 ⊢ M ∈ ℤ ≥ 2 ↔ M ∈ ℕ ∧ M ≠ 1
152 151 simprbi ⊢ M ∈ ℤ ≥ 2 → M ≠ 1
153 5 150 152 3syl ⊢ φ → M ≠ 1
154 153 adantr ⊢ φ ∧ c ∈ C → M ≠ 1
155 149 154 eqnetrd ⊢ φ ∧ c ∈ C → c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1 ≠ 1
156 142 simp3d ⊢ φ ∧ c ∈ C → c ∪ 1 M M 1 ⁡ M = 1
157 154 necomd ⊢ φ ∧ c ∈ C → 1 ≠ M
158 156 157 eqnetrd ⊢ φ ∧ c ∈ C → c ∪ 1 M M 1 ⁡ M ≠ M
159 fveq2 ⊢ y = 1 → c ∪ 1 M M 1 ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1
160 id ⊢ y = 1 → y = 1
161 159 160 neeq12d ⊢ y = 1 → c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y ↔ c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1 ≠ 1
162 fveq2 ⊢ y = M → c ∪ 1 M M 1 ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ M
163 id ⊢ y = M → y = M
164 162 163 neeq12d ⊢ y = M → c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y ↔ c ∪ 1 M M 1 ⁡ M ≠ M
165 60 6 161 164 ralpr ⊢ ∀ y ∈ 1 M c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y ↔ c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1 ≠ 1 ∧ c ∪ 1 M M 1 ⁡ M ≠ M
166 155 158 165 sylanbrc ⊢ φ ∧ c ∈ C → ∀ y ∈ 1 M c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y
167 ralunb ⊢ ∀ y ∈ K ∪ 1 M c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y ↔ ∀ y ∈ K c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y ∧ ∀ y ∈ 1 M c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y
168 148 166 167 sylanbrc ⊢ φ ∧ c ∈ C → ∀ y ∈ K ∪ 1 M c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y
169 51 adantr ⊢ φ ∧ c ∈ C → K ∪ 1 M = 1 … N + 1
170 168 169 raleqtrdv ⊢ φ ∧ c ∈ C → ∀ y ∈ 1 … N + 1 c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y
171 prex ⊢ 1 M M 1 ∈ V
172 133 171 unex ⊢ c ∪ 1 M M 1 ∈ V
173 f1oeq1 ⊢ f = c ∪ 1 M M 1 → f : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ↔ c ∪ 1 M M 1 : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1
174 fveq1 ⊢ f = c ∪ 1 M M 1 → f ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y
175 174 neeq1d ⊢ f = c ∪ 1 M M 1 → f ⁡ y ≠ y ↔ c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y
176 175 ralbidv ⊢ f = c ∪ 1 M M 1 → ∀ y ∈ 1 … N + 1 f ⁡ y ≠ y ↔ ∀ y ∈ 1 … N + 1 c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y
177 173 176 anbi12d ⊢ f = c ∪ 1 M M 1 → f : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ y ∈ 1 … N + 1 f ⁡ y ≠ y ↔ c ∪ 1 M M 1 : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ y ∈ 1 … N + 1 c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y
178 172 177 3 elab2 ⊢ c ∪ 1 M M 1 ∈ A ↔ c ∪ 1 M M 1 : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 ∧ ∀ y ∈ 1 … N + 1 c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ≠ y
179 143 170 178 sylanbrc ⊢ φ ∧ c ∈ C → c ∪ 1 M M 1 ∈ A
180 149 156 jca ⊢ φ ∧ c ∈ C → c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1 = M ∧ c ∪ 1 M M 1 ⁡ M = 1
181 fveq1 ⊢ g = c ∪ 1 M M 1 → g ⁡ 1 = c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1
182 181 eqeq1d ⊢ g = c ∪ 1 M M 1 → g ⁡ 1 = M ↔ c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1 = M
183 fveq1 ⊢ g = c ∪ 1 M M 1 → g ⁡ M = c ∪ 1 M M 1 ⁡ M
184 183 eqeq1d ⊢ g = c ∪ 1 M M 1 → g ⁡ M = 1 ↔ c ∪ 1 M M 1 ⁡ M = 1
185 182 184 anbi12d ⊢ g = c ∪ 1 M M 1 → g ⁡ 1 = M ∧ g ⁡ M = 1 ↔ c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1 = M ∧ c ∪ 1 M M 1 ⁡ M = 1
186 185 8 elrab2 ⊢ c ∪ 1 M M 1 ∈ B ↔ c ∪ 1 M M 1 ∈ A ∧ c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1 = M ∧ c ∪ 1 M M 1 ⁡ M = 1
187 179 180 186 sylanbrc ⊢ φ ∧ c ∈ C → c ∪ 1 M M 1 ∈ B
188 56 adantrr ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → b ⁡ 1 = M
189 149 adantrl ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1 = M
190 188 189 eqtr4d ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → b ⁡ 1 = c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1
191 59 adantrr ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → b ⁡ M = 1
192 156 adantrl ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → c ∪ 1 M M 1 ⁡ M = 1
193 191 192 eqtr4d ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → b ⁡ M = c ∪ 1 M M 1 ⁡ M
194 fveq2 ⊢ y = 1 → b ⁡ y = b ⁡ 1
195 194 159 eqeq12d ⊢ y = 1 → b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ↔ b ⁡ 1 = c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1
196 fveq2 ⊢ y = M → b ⁡ y = b ⁡ M
197 196 162 eqeq12d ⊢ y = M → b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ↔ b ⁡ M = c ∪ 1 M M 1 ⁡ M
198 60 6 195 197 ralpr ⊢ ∀ y ∈ 1 M b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ↔ b ⁡ 1 = c ∪ 1 M M 1 ⁡ 1 ∧ b ⁡ M = c ∪ 1 M M 1 ⁡ M
199 190 193 198 sylanbrc ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → ∀ y ∈ 1 M b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y
200 199 biantrud ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → ∀ y ∈ K b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ↔ ∀ y ∈ K b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ∧ ∀ y ∈ 1 M b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y
201 ralunb ⊢ ∀ y ∈ K ∪ 1 M b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ↔ ∀ y ∈ K b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ∧ ∀ y ∈ 1 M b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y
202 200 201 bitr4di ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → ∀ y ∈ K b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ↔ ∀ y ∈ K ∪ 1 M b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y
203 144 eqeq2d ⊢ φ ∧ c ∈ C ∧ y ∈ K → b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ↔ b ⁡ y = c ⁡ y
204 203 ralbidva ⊢ φ ∧ c ∈ C → ∀ y ∈ K b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ↔ ∀ y ∈ K b ⁡ y = c ⁡ y
205 204 adantrl ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → ∀ y ∈ K b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ↔ ∀ y ∈ K b ⁡ y = c ⁡ y
206 51 adantr ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → K ∪ 1 M = 1 … N + 1
207 206 raleqdv ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → ∀ y ∈ K ∪ 1 M b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ↔ ∀ y ∈ 1 … N + 1 b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y
208 202 205 207 3bitr3rd ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → ∀ y ∈ 1 … N + 1 b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ↔ ∀ y ∈ K b ⁡ y = c ⁡ y
209 123 eqeq2d ⊢ y ∈ K → c ⁡ y = b ↾ K ⁡ y ↔ c ⁡ y = b ⁡ y
210 eqcom ⊢ c ⁡ y = b ⁡ y ↔ b ⁡ y = c ⁡ y
211 209 210 bitrdi ⊢ y ∈ K → c ⁡ y = b ↾ K ⁡ y ↔ b ⁡ y = c ⁡ y
212 211 ralbiia ⊢ ∀ y ∈ K c ⁡ y = b ↾ K ⁡ y ↔ ∀ y ∈ K b ⁡ y = c ⁡ y
213 208 212 bitr4di ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → ∀ y ∈ 1 … N + 1 b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y ↔ ∀ y ∈ K c ⁡ y = b ↾ K ⁡ y
214 42 adantrr ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → b Fn 1 … N + 1
215 143 adantrl ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → c ∪ 1 M M 1 : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1
216 f1ofn ⊢ c ∪ 1 M M 1 : 1 … N + 1 ⟶ 1-1 onto 1 … N + 1 → c ∪ 1 M M 1 Fn 1 … N + 1
217 215 216 syl ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → c ∪ 1 M M 1 Fn 1 … N + 1
218 eqfnfv ⊢ b Fn 1 … N + 1 ∧ c ∪ 1 M M 1 Fn 1 … N + 1 → b = c ∪ 1 M M 1 ↔ ∀ y ∈ 1 … N + 1 b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y
219 214 217 218 syl2anc ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → b = c ∪ 1 M M 1 ↔ ∀ y ∈ 1 … N + 1 b ⁡ y = c ∪ 1 M M 1 ⁡ y
220 141 adantrl ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → c : K ⟶ 1-1 onto K
221 f1ofn ⊢ c : K ⟶ 1-1 onto K → c Fn K
222 220 221 syl ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → c Fn K
223 115 adantr ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → K ⊆ 1 … N + 1
224 214 223 fnssresd ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → b ↾ K Fn K
225 eqfnfv ⊢ c Fn K ∧ b ↾ K Fn K → c = b ↾ K ↔ ∀ y ∈ K c ⁡ y = b ↾ K ⁡ y
226 222 224 225 syl2anc ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → c = b ↾ K ↔ ∀ y ∈ K c ⁡ y = b ↾ K ⁡ y
227 213 219 226 3bitr4d ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ c ∈ C → b = c ∪ 1 M M 1 ↔ c = b ↾ K
228 19 129 187 227 f1o2d ⊢ φ → b ∈ B ⟼ b ↾ K : B ⟶ 1-1 onto C
229 18 228 hasheqf1od ⊢ φ → B = C
230 9 fveq2i ⊢ C = f | f : K ⟶ 1-1 onto K ∧ ∀ y ∈ K f ⁡ y ≠ y
231 fzfi ⊢ 2 … N + 1 ∈ Fin
232 diffi ⊢ 2 … N + 1 ∈ Fin → 2 … N + 1 ∖ M ∈ Fin
233 231 232 ax-mp ⊢ 2 … N + 1 ∖ M ∈ Fin
234 7 233 eqeltri ⊢ K ∈ Fin
235 1 derangval ⊢ K ∈ Fin → D ⁡ K = f | f : K ⟶ 1-1 onto K ∧ ∀ y ∈ K f ⁡ y ≠ y
236 234 235 ax-mp ⊢ D ⁡ K = f | f : K ⟶ 1-1 onto K ∧ ∀ y ∈ K f ⁡ y ≠ y
237 1 2 derangen2 ⊢ K ∈ Fin → D ⁡ K = S ⁡ K
238 234 237 ax-mp ⊢ D ⁡ K = S ⁡ K
239 230 236 238 3eqtr2ri ⊢ S ⁡ K = C
240 50 simp3d ⊢ φ → K = N − 1
241 240 fveq2d ⊢ φ → S ⁡ K = S ⁡ N − 1
242 239 241 eqtr3id ⊢ φ → C = S ⁡ N − 1
243 229 242 eqtrd ⊢ φ → B = S ⁡ N − 1