Metamath Proof Explorer


Theorem fusgreghash2wspv

Description: According to statement 7 in Huneke p. 2: "For each vertex v, there are exactly ( k 2 ) paths with length two having v in the middle, ..." in a finite k-regular graph. For directed simple paths of length 2 represented by length 3 strings, we have again k*(k-1) such paths, see also comment of frgrhash2wsp . (Contributed by Alexander van der Vekens, 10-Mar-2018) (Revised by AV, 17-May-2021) (Proof shortened by AV, 12-Feb-2022)

Ref Expression
Hypotheses frgrhash2wsp.v โŠข ๐‘‰ = ( Vtx โ€˜ ๐บ )
fusgreg2wsp.m โŠข ๐‘€ = ( ๐‘Ž โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ { ๐‘ค โˆˆ ( 2 WSPathsN ๐บ ) โˆฃ ( ๐‘ค โ€˜ 1 ) = ๐‘Ž } )
Assertion fusgreghash2wspv ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โ†’ โˆ€ ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฃ ) ) = ( ๐พ ยท ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 frgrhash2wsp.v โŠข ๐‘‰ = ( Vtx โ€˜ ๐บ )
2 fusgreg2wsp.m โŠข ๐‘€ = ( ๐‘Ž โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ { ๐‘ค โˆˆ ( 2 WSPathsN ๐บ ) โˆฃ ( ๐‘ค โ€˜ 1 ) = ๐‘Ž } )
3 1 2 fusgr2wsp2nb โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฃ ) = โˆช ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } )
4 3 fveq2d โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฃ ) ) = ( โ™ฏ โ€˜ โˆช ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } ) )
5 4 adantr โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฃ ) ) = ( โ™ฏ โ€˜ โˆช ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } ) )
6 1 eleq2i โŠข ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†” ๐‘ฃ โˆˆ ( Vtx โ€˜ ๐บ ) )
7 nbfiusgrfi โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ( Vtx โ€˜ ๐บ ) ) โ†’ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆˆ Fin )
8 6 7 sylan2b โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆˆ Fin )
9 8 adantr โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ ) โ†’ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆˆ Fin )
10 eqid โŠข ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) = ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } )
11 snfi โŠข { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } โˆˆ Fin
12 11 a1i โŠข ( ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆง ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) ) โ†’ { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } โˆˆ Fin )
13 1 nbgrssvtx โŠข ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โŠ† ๐‘‰
14 13 a1i โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) โ†’ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โŠ† ๐‘‰ )
15 14 ssdifd โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) โ†’ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) โŠ† ( ๐‘‰ โˆ– { ๐‘ } ) )
16 iunss1 โŠข ( ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) โŠ† ( ๐‘‰ โˆ– { ๐‘ } ) โ†’ โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } โŠ† โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ๐‘‰ โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } )
17 15 16 syl โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) โ†’ โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } โŠ† โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ๐‘‰ โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } )
18 17 ralrimiva โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ โˆ€ ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } โŠ† โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ๐‘‰ โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } )
19 simpr โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ )
20 s3iunsndisj โŠข ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ Disj ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ๐‘‰ โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } )
21 19 20 syl โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ Disj ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ๐‘‰ โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } )
22 disjss2 โŠข ( โˆ€ ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } โŠ† โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ๐‘‰ โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } โ†’ ( Disj ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ๐‘‰ โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } โ†’ Disj ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } ) )
23 18 21 22 sylc โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ Disj ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } )
24 23 adantr โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ ) โ†’ Disj ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } )
25 19 adantr โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ ) โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ )
26 25 anim1ci โŠข ( ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) )
27 s3sndisj โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ Disj ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } )
28 26 27 syl โŠข ( ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) โ†’ Disj ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } )
29 s3cli โŠข โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ โˆˆ Word V
30 hashsng โŠข ( โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ โˆˆ Word V โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } ) = 1 )
31 29 30 mp1i โŠข ( ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆง ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } ) = 1 )
32 9 10 12 24 28 31 hash2iun1dif1 โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ โˆช ๐‘ โˆˆ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆช ๐‘‘ โˆˆ ( ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) โˆ– { ๐‘ } ) { โŸจโ€œ ๐‘ ๐‘ฃ ๐‘‘ โ€โŸฉ } ) = ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) ยท ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) โˆ’ 1 ) ) )
33 fusgrusgr โŠข ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โ†’ ๐บ โˆˆ USGraph )
34 1 hashnbusgrvd โŠข ( ( ๐บ โˆˆ USGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) = ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) )
35 33 34 sylan โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) = ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) )
36 id โŠข ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) = ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) = ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) )
37 oveq1 โŠข ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) = ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โ†’ ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) โˆ’ 1 ) = ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆ’ 1 ) )
38 36 37 oveq12d โŠข ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) = ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โ†’ ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) ยท ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) โˆ’ 1 ) ) = ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) ยท ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆ’ 1 ) ) )
39 35 38 syl โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) ยท ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) โˆ’ 1 ) ) = ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) ยท ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆ’ 1 ) ) )
40 id โŠข ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ โ†’ ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ )
41 oveq1 โŠข ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ โ†’ ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆ’ 1 ) = ( ๐พ โˆ’ 1 ) )
42 40 41 oveq12d โŠข ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ โ†’ ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) ยท ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆ’ 1 ) ) = ( ๐พ ยท ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) )
43 39 42 sylan9eq โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ ) โ†’ ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) ยท ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐บ NeighbVtx ๐‘ฃ ) ) โˆ’ 1 ) ) = ( ๐พ ยท ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) )
44 5 32 43 3eqtrd โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฃ ) ) = ( ๐พ ยท ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) )
45 44 ex โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฃ ) ) = ( ๐พ ยท ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ) )
46 45 ralrimiva โŠข ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โ†’ โˆ€ ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ( ( ( VtxDeg โ€˜ ๐บ ) โ€˜ ๐‘ฃ ) = ๐พ โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘€ โ€˜ ๐‘ฃ ) ) = ( ๐พ ยท ( ๐พ โˆ’ 1 ) ) ) )