Metamath Proof Explorer


Theorem fusgrhashclwwlkn

Description: The size of the set of closed walks (defined as words) with a fixed length which is a prime number is the product of the number of equivalence classes for .~ over the set of closed walks and the fixed length. (Contributed by Alexander van der Vekens, 17-Jun-2018) (Revised by AV, 1-May-2021)

Ref Expression
Hypotheses erclwwlkn.w โŠข ๐‘Š = ( ๐‘ ClWWalksN ๐บ )
erclwwlkn.r โŠข โˆผ = { โŸจ ๐‘ก , ๐‘ข โŸฉ โˆฃ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘ข โˆˆ ๐‘Š โˆง โˆƒ ๐‘› โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ๐‘ก = ( ๐‘ข cyclShift ๐‘› ) ) }
Assertion fusgrhashclwwlkn ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Š ) = ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘Š / โˆผ ) ) ยท ๐‘ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 erclwwlkn.w โŠข ๐‘Š = ( ๐‘ ClWWalksN ๐บ )
2 erclwwlkn.r โŠข โˆผ = { โŸจ ๐‘ก , ๐‘ข โŸฉ โˆฃ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘ข โˆˆ ๐‘Š โˆง โˆƒ ๐‘› โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ๐‘ก = ( ๐‘ข cyclShift ๐‘› ) ) }
3 eqid โŠข ( Vtx โ€˜ ๐บ ) = ( Vtx โ€˜ ๐บ )
4 3 fusgrvtxfi โŠข ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โ†’ ( Vtx โ€˜ ๐บ ) โˆˆ Fin )
5 4 adantr โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ( Vtx โ€˜ ๐บ ) โˆˆ Fin )
6 1 2 hashclwwlkn0 โŠข ( ( Vtx โ€˜ ๐บ ) โˆˆ Fin โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Š ) = ฮฃ ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐‘Š / โˆผ ) ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘ฅ ) )
7 5 6 syl โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Š ) = ฮฃ ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐‘Š / โˆผ ) ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘ฅ ) )
8 fusgrusgr โŠข ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โ†’ ๐บ โˆˆ USGraph )
9 usgrumgr โŠข ( ๐บ โˆˆ USGraph โ†’ ๐บ โˆˆ UMGraph )
10 8 9 syl โŠข ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โ†’ ๐บ โˆˆ UMGraph )
11 1 2 umgrhashecclwwlk โŠข ( ( ๐บ โˆˆ UMGraph โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐‘Š / โˆผ ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ ) )
12 10 11 sylan โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐‘Š / โˆผ ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ ) )
13 12 imp โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐‘Š / โˆผ ) ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ )
14 13 sumeq2dv โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ฮฃ ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐‘Š / โˆผ ) ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ฮฃ ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐‘Š / โˆผ ) ๐‘ )
15 1 2 qerclwwlknfi โŠข ( ( Vtx โ€˜ ๐บ ) โˆˆ Fin โ†’ ( ๐‘Š / โˆผ ) โˆˆ Fin )
16 5 15 syl โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ( ๐‘Š / โˆผ ) โˆˆ Fin )
17 prmnn โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„™ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
18 17 nncnd โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„™ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„‚ )
19 18 adantl โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„‚ )
20 fsumconst โŠข ( ( ( ๐‘Š / โˆผ ) โˆˆ Fin โˆง ๐‘ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ฮฃ ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐‘Š / โˆผ ) ๐‘ = ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘Š / โˆผ ) ) ยท ๐‘ ) )
21 16 19 20 syl2anc โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ฮฃ ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐‘Š / โˆผ ) ๐‘ = ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘Š / โˆผ ) ) ยท ๐‘ ) )
22 7 14 21 3eqtrd โŠข ( ( ๐บ โˆˆ FinUSGraph โˆง ๐‘ โˆˆ โ„™ ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ๐‘Š ) = ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ๐‘Š / โˆผ ) ) ยท ๐‘ ) )