MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  numclwwlk2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem numclwwlk2 27567
Description: Statement 10 in [Huneke] p. 2: "If n > 1, then the number of closed n-walks v(0) ... v(n-2) v(n-1) v(n) from v = v(0) = v(n) ... with v(n-2) =/= v is k^(n-2) - f(n-2)." According to rusgrnumwlkg 27123, we have k^(n-2) different walks of length (n-2): v(0) ... v(n-2). From this number, the number of closed walks of length (n-2), which is f(n-2) per definition, must be subtracted, because for these walks v(n-2) =/= v(0) = v would hold. Because of the friendship condition, there is exactly one vertex v(n-1) which is a neighbor of v(n-2) as well as of v(n)=v=v(0), because v(n-2) and v(n)=v are different, so the number of walks v(0) ... v(n-2) is identical with the number of walks v(0) ... v(n), that means each (not closed) walk v(0) ... v(n-2) can be extended by two edges to a closed walk v(0) ... v(n)=v=v(0) in exactly one way. (Contributed by Alexander van der Vekens, 6-Oct-2018.) (Revised by AV, 31-May-2021.) (Revised by AV, 1-May-2022.)
Hypotheses
Ref Expression
numclwwlk.v 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
numclwwlk.q 𝑄 = (𝑣𝑉, 𝑛 ∈ ℕ ↦ {𝑤 ∈ (𝑛 WWalksN 𝐺) ∣ ((𝑤‘0) = 𝑣 ∧ (lastS‘𝑤) ≠ 𝑣)})
numclwwlk.h 𝐻 = (𝑣𝑉, 𝑛 ∈ (ℤ‘2) ↦ {𝑤 ∈ (𝑣(ClWWalksNOn‘𝐺)𝑛) ∣ (𝑤‘(𝑛 − 2)) ≠ 𝑣})
Assertion
Ref Expression
numclwwlk2 (((𝐺RegUSGraph𝐾𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3))) → (♯‘(𝑋𝐻𝑁)) = ((𝐾↑(𝑁 − 2)) − (♯‘(𝑋(ClWWalksNOn‘𝐺)(𝑁 − 2)))))
Distinct variable groups:   𝑛,𝐺,𝑣,𝑤   𝑛,𝑁,𝑣,𝑤   𝑛,𝑉,𝑣   𝑛,𝑋,𝑣,𝑤   𝑤,𝐾   𝑤,𝑉
Allowed substitution hints:   𝑄(𝑤,𝑣,𝑛)   𝐻(𝑤,𝑣,𝑛)   𝐾(𝑣,𝑛)

Proof of Theorem numclwwlk2
StepHypRef Expression
1 eluzelcn 11899 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ‘3) → 𝑁 ∈ ℂ)
2 2cnd 11294 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ‘3) → 2 ∈ ℂ)
31, 2npcand 10597 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ (ℤ‘3) → ((𝑁 − 2) + 2) = 𝑁)
43eqcomd 2776 . . . . . 6 (𝑁 ∈ (ℤ‘3) → 𝑁 = ((𝑁 − 2) + 2))
543ad2ant3 1128 . . . . 5 ((𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3)) → 𝑁 = ((𝑁 − 2) + 2))
65adantl 467 . . . 4 (((𝐺RegUSGraph𝐾𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3))) → 𝑁 = ((𝑁 − 2) + 2))
76oveq2d 6808 . . 3 (((𝐺RegUSGraph𝐾𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3))) → (𝑋𝐻𝑁) = (𝑋𝐻((𝑁 − 2) + 2)))
87fveq2d 6336 . 2 (((𝐺RegUSGraph𝐾𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3))) → (♯‘(𝑋𝐻𝑁)) = (♯‘(𝑋𝐻((𝑁 − 2) + 2))))
9 simplr 744 . . 3 (((𝐺RegUSGraph𝐾𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3))) → 𝐺 ∈ FriendGraph )
10 simpr2 1234 . . 3 (((𝐺RegUSGraph𝐾𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3))) → 𝑋𝑉)
11 uz3m2nn 11932 . . . . 5 (𝑁 ∈ (ℤ‘3) → (𝑁 − 2) ∈ ℕ)
12113ad2ant3 1128 . . . 4 ((𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3)) → (𝑁 − 2) ∈ ℕ)
1312adantl 467 . . 3 (((𝐺RegUSGraph𝐾𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3))) → (𝑁 − 2) ∈ ℕ)
14 numclwwlk.v . . . 4 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
15 numclwwlk.q . . . 4 𝑄 = (𝑣𝑉, 𝑛 ∈ ℕ ↦ {𝑤 ∈ (𝑛 WWalksN 𝐺) ∣ ((𝑤‘0) = 𝑣 ∧ (lastS‘𝑤) ≠ 𝑣)})
16 numclwwlk.h . . . 4 𝐻 = (𝑣𝑉, 𝑛 ∈ (ℤ‘2) ↦ {𝑤 ∈ (𝑣(ClWWalksNOn‘𝐺)𝑛) ∣ (𝑤‘(𝑛 − 2)) ≠ 𝑣})
1714, 15, 16numclwwlk2lem3 27566 . . 3 ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑋𝑉 ∧ (𝑁 − 2) ∈ ℕ) → (♯‘(𝑋𝑄(𝑁 − 2))) = (♯‘(𝑋𝐻((𝑁 − 2) + 2))))
189, 10, 13, 17syl3anc 1475 . 2 (((𝐺RegUSGraph𝐾𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3))) → (♯‘(𝑋𝑄(𝑁 − 2))) = (♯‘(𝑋𝐻((𝑁 − 2) + 2))))
19 simpl 468 . . . 4 ((𝐺RegUSGraph𝐾𝐺 ∈ FriendGraph ) → 𝐺RegUSGraph𝐾)
20 simp1 1129 . . . 4 ((𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3)) → 𝑉 ∈ Fin)
2119, 20anim12i 592 . . 3 (((𝐺RegUSGraph𝐾𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3))) → (𝐺RegUSGraph𝐾𝑉 ∈ Fin))
2211anim2i 595 . . . . 5 ((𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3)) → (𝑋𝑉 ∧ (𝑁 − 2) ∈ ℕ))
23223adant1 1123 . . . 4 ((𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3)) → (𝑋𝑉 ∧ (𝑁 − 2) ∈ ℕ))
2423adantl 467 . . 3 (((𝐺RegUSGraph𝐾𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3))) → (𝑋𝑉 ∧ (𝑁 − 2) ∈ ℕ))
2514, 15numclwwlkqhash 27561 . . 3 (((𝐺RegUSGraph𝐾𝑉 ∈ Fin) ∧ (𝑋𝑉 ∧ (𝑁 − 2) ∈ ℕ)) → (♯‘(𝑋𝑄(𝑁 − 2))) = ((𝐾↑(𝑁 − 2)) − (♯‘(𝑋(ClWWalksNOn‘𝐺)(𝑁 − 2)))))
2621, 24, 25syl2anc 565 . 2 (((𝐺RegUSGraph𝐾𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3))) → (♯‘(𝑋𝑄(𝑁 − 2))) = ((𝐾↑(𝑁 − 2)) − (♯‘(𝑋(ClWWalksNOn‘𝐺)(𝑁 − 2)))))
278, 18, 263eqtr2d 2810 1 (((𝐺RegUSGraph𝐾𝐺 ∈ FriendGraph ) ∧ (𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑋𝑉𝑁 ∈ (ℤ‘3))) → (♯‘(𝑋𝐻𝑁)) = ((𝐾↑(𝑁 − 2)) − (♯‘(𝑋(ClWWalksNOn‘𝐺)(𝑁 − 2)))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 382  w3a 1070   = wceq 1630  wcel 2144  wne 2942  {crab 3064   class class class wbr 4784  cfv 6031  (class class class)co 6792  cmpt2 6794  Fincfn 8108  0cc0 10137   + caddc 10140  cmin 10467  cn 11221  2c2 11271  3c3 11272  cuz 11887  cexp 13066  chash 13320  lastSclsw 13487  Vtxcvtx 26094  RegUSGraphcrusgr 26686   WWalksN cwwlksn 26953  ClWWalksNOncclwwlknon 27256   FriendGraph cfrgr 27435
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1869  ax-4 1884  ax-5 1990  ax-6 2056  ax-7 2092  ax-8 2146  ax-9 2153  ax-10 2173  ax-11 2189  ax-12 2202  ax-13 2407  ax-ext 2750  ax-rep 4902  ax-sep 4912  ax-nul 4920  ax-pow 4971  ax-pr 5034  ax-un 7095  ax-inf2 8701  ax-cnex 10193  ax-resscn 10194  ax-1cn 10195  ax-icn 10196  ax-addcl 10197  ax-addrcl 10198  ax-mulcl 10199  ax-mulrcl 10200  ax-mulcom 10201  ax-addass 10202  ax-mulass 10203  ax-distr 10204  ax-i2m1 10205  ax-1ne0 10206  ax-1rid 10207  ax-rnegex 10208  ax-rrecex 10209  ax-cnre 10210  ax-pre-lttri 10211  ax-pre-lttrn 10212  ax-pre-ltadd 10213  ax-pre-mulgt0 10214  ax-pre-sup 10215
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 827  df-3or 1071  df-3an 1072  df-tru 1633  df-fal 1636  df-ex 1852  df-nf 1857  df-sb 2049  df-eu 2621  df-mo 2622  df-clab 2757  df-cleq 2763  df-clel 2766  df-nfc 2901  df-ne 2943  df-nel 3046  df-ral 3065  df-rex 3066  df-reu 3067  df-rmo 3068  df-rab 3069  df-v 3351  df-sbc 3586  df-csb 3681  df-dif 3724  df-un 3726  df-in 3728  df-ss 3735  df-pss 3737  df-nul 4062  df-if 4224  df-pw 4297  df-sn 4315  df-pr 4317  df-tp 4319  df-op 4321  df-uni 4573  df-int 4610  df-iun 4654  df-disj 4753  df-br 4785  df-opab 4845  df-mpt 4862  df-tr 4885  df-id 5157  df-eprel 5162  df-po 5170  df-so 5171  df-fr 5208  df-se 5209  df-we 5210  df-xp 5255  df-rel 5256  df-cnv 5257  df-co 5258  df-dm 5259  df-rn 5260  df-res 5261  df-ima 5262  df-pred 5823  df-ord 5869  df-on 5870  df-lim 5871  df-suc 5872  df-iota 5994  df-fun 6033  df-fn 6034  df-f 6035  df-f1 6036  df-fo 6037  df-f1o 6038  df-fv 6039  df-isom 6040  df-riota 6753  df-ov 6795  df-oprab 6796  df-mpt2 6797  df-om 7212  df-1st 7314  df-2nd 7315  df-wrecs 7558  df-recs 7620  df-rdg 7658  df-1o 7712  df-2o 7713  df-oadd 7716  df-er 7895  df-map 8010  df-pm 8011  df-en 8109  df-dom 8110  df-sdom 8111  df-fin 8112  df-sup 8503  df-oi 8570  df-card 8964  df-cda 9191  df-pnf 10277  df-mnf 10278  df-xr 10279  df-ltxr 10280  df-le 10281  df-sub 10469  df-neg 10470  df-div 10886  df-nn 11222  df-2 11280  df-3 11281  df-n0 11494  df-xnn0 11565  df-z 11579  df-uz 11888  df-rp 12035  df-xadd 12151  df-fz 12533  df-fzo 12673  df-seq 13008  df-exp 13067  df-hash 13321  df-word 13494  df-lsw 13495  df-concat 13496  df-s1 13497  df-substr 13498  df-cj 14046  df-re 14047  df-im 14048  df-sqrt 14182  df-abs 14183  df-clim 14426  df-sum 14624  df-vtx 26096  df-iedg 26097  df-edg 26160  df-uhgr 26173  df-ushgr 26174  df-upgr 26197  df-umgr 26198  df-uspgr 26266  df-usgr 26267  df-fusgr 26431  df-nbgr 26447  df-vtxdg 26596  df-rgr 26687  df-rusgr 26688  df-wwlks 26957  df-wwlksn 26958  df-wwlksnon 26959  df-clwwlk 27129  df-clwwlkn 27173  df-clwwlknon 27257  df-frgr 27436
This theorem is referenced by:  numclwwlk3  27578
  Copyright terms: Public domain W3C validator