Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  ballotlemic Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem ballotlemic 29701
Description: If the first vote is for B, the vote on the first tie is for A. (Contributed by Thierry Arnoux, 1-Dec-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
ballotth.m 𝑀 ∈ ℕ
ballotth.n 𝑁 ∈ ℕ
ballotth.o 𝑂 = {𝑐 ∈ 𝒫 (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ (#‘𝑐) = 𝑀}
ballotth.p 𝑃 = (𝑥 ∈ 𝒫 𝑂 ↦ ((#‘𝑥) / (#‘𝑂)))
ballotth.f 𝐹 = (𝑐𝑂 ↦ (𝑖 ∈ ℤ ↦ ((#‘((1...𝑖) ∩ 𝑐)) − (#‘((1...𝑖) ∖ 𝑐)))))
ballotth.e 𝐸 = {𝑐𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹𝑐)‘𝑖)}
ballotth.mgtn 𝑁 < 𝑀
ballotth.i 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
Assertion
Ref Expression
ballotlemic ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (𝐼𝐶) ∈ 𝐶)
Distinct variable groups:   𝑀,𝑐   𝑁,𝑐   𝑂,𝑐   𝑖,𝑀   𝑖,𝑁   𝑖,𝑂   𝑘,𝑀   𝑘,𝑁   𝑘,𝑂   𝑖,𝑐,𝐹,𝑘   𝐶,𝑖,𝑘   𝑖,𝐸,𝑘   𝐶,𝑘   𝑘,𝐼   𝑘,𝑐,𝐸   𝑖,𝐼
Allowed substitution hints:   𝐶(𝑥,𝑐)   𝑃(𝑥,𝑖,𝑘,𝑐)   𝐸(𝑥)   𝐹(𝑥)   𝐼(𝑥,𝑐)   𝑀(𝑥)   𝑁(𝑥)   𝑂(𝑥)

Proof of Theorem ballotlemic
StepHypRef Expression
1 ballotth.m . . 3 𝑀 ∈ ℕ
2 ballotth.n . . 3 𝑁 ∈ ℕ
3 ballotth.o . . 3 𝑂 = {𝑐 ∈ 𝒫 (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ (#‘𝑐) = 𝑀}
4 ballotth.p . . 3 𝑃 = (𝑥 ∈ 𝒫 𝑂 ↦ ((#‘𝑥) / (#‘𝑂)))
5 ballotth.f . . 3 𝐹 = (𝑐𝑂 ↦ (𝑖 ∈ ℤ ↦ ((#‘((1...𝑖) ∩ 𝑐)) − (#‘((1...𝑖) ∖ 𝑐)))))
6 eldifi 3693 . . . 4 (𝐶 ∈ (𝑂𝐸) → 𝐶𝑂)
76ad2antrr 757 . . 3 (((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → 𝐶𝑂)
8 ballotth.e . . . . . . . . . 10 𝐸 = {𝑐𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹𝑐)‘𝑖)}
9 ballotth.mgtn . . . . . . . . . 10 𝑁 < 𝑀
10 ballotth.i . . . . . . . . . 10 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
111, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10ballotlemiex 29696 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂𝐸) → ((𝐼𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹𝐶)‘(𝐼𝐶)) = 0))
1211simpld 473 . . . . . . . 8 (𝐶 ∈ (𝑂𝐸) → (𝐼𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
13 elfznn 12196 . . . . . . . 8 ((𝐼𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) → (𝐼𝐶) ∈ ℕ)
1412, 13syl 17 . . . . . . 7 (𝐶 ∈ (𝑂𝐸) → (𝐼𝐶) ∈ ℕ)
1514adantr 479 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (𝐼𝐶) ∈ ℕ)
161, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10ballotlemi1 29697 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (𝐼𝐶) ≠ 1)
17 eluz2b3 11594 . . . . . 6 ((𝐼𝐶) ∈ (ℤ‘2) ↔ ((𝐼𝐶) ∈ ℕ ∧ (𝐼𝐶) ≠ 1))
1815, 16, 17sylanbrc 694 . . . . 5 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (𝐼𝐶) ∈ (ℤ‘2))
19 uz2m1nn 11595 . . . . 5 ((𝐼𝐶) ∈ (ℤ‘2) → ((𝐼𝐶) − 1) ∈ ℕ)
2018, 19syl 17 . . . 4 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → ((𝐼𝐶) − 1) ∈ ℕ)
2120adantr 479 . . 3 (((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐼𝐶) − 1) ∈ ℕ)
22 elnnuz 11556 . . . . . . 7 (((𝐼𝐶) − 1) ∈ ℕ ↔ ((𝐼𝐶) − 1) ∈ (ℤ‘1))
2322biimpi 204 . . . . . 6 (((𝐼𝐶) − 1) ∈ ℕ → ((𝐼𝐶) − 1) ∈ (ℤ‘1))
24 eluzfz1 12174 . . . . . 6 (((𝐼𝐶) − 1) ∈ (ℤ‘1) → 1 ∈ (1...((𝐼𝐶) − 1)))
2520, 23, 243syl 18 . . . . 5 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → 1 ∈ (1...((𝐼𝐶) − 1)))
2625adantr 479 . . . 4 (((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → 1 ∈ (1...((𝐼𝐶) − 1)))
27 1nn 10878 . . . . . . . . . . 11 1 ∈ ℕ
2827a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝐶 ∈ (𝑂𝐸) → 1 ∈ ℕ)
291, 2, 3, 4, 5, 6, 28ballotlemfp1 29686 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂𝐸) → ((¬ 1 ∈ 𝐶 → ((𝐹𝐶)‘1) = (((𝐹𝐶)‘(1 − 1)) − 1)) ∧ (1 ∈ 𝐶 → ((𝐹𝐶)‘1) = (((𝐹𝐶)‘(1 − 1)) + 1))))
3029simpld 473 . . . . . . . 8 (𝐶 ∈ (𝑂𝐸) → (¬ 1 ∈ 𝐶 → ((𝐹𝐶)‘1) = (((𝐹𝐶)‘(1 − 1)) − 1)))
3130imp 443 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → ((𝐹𝐶)‘1) = (((𝐹𝐶)‘(1 − 1)) − 1))
32 1m1e0 10936 . . . . . . . . . 10 (1 − 1) = 0
3332fveq2i 6091 . . . . . . . . 9 ((𝐹𝐶)‘(1 − 1)) = ((𝐹𝐶)‘0)
3433oveq1i 6537 . . . . . . . 8 (((𝐹𝐶)‘(1 − 1)) − 1) = (((𝐹𝐶)‘0) − 1)
3534a1i 11 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (((𝐹𝐶)‘(1 − 1)) − 1) = (((𝐹𝐶)‘0) − 1))
361, 2, 3, 4, 5ballotlemfval0 29690 . . . . . . . . . 10 (𝐶𝑂 → ((𝐹𝐶)‘0) = 0)
376, 36syl 17 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂𝐸) → ((𝐹𝐶)‘0) = 0)
3837adantr 479 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → ((𝐹𝐶)‘0) = 0)
3938oveq1d 6542 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (((𝐹𝐶)‘0) − 1) = (0 − 1))
4031, 35, 393eqtrrd 2648 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (0 − 1) = ((𝐹𝐶)‘1))
41 0le1 10400 . . . . . . 7 0 ≤ 1
42 0re 9896 . . . . . . . 8 0 ∈ ℝ
43 1re 9895 . . . . . . . 8 1 ∈ ℝ
44 suble0 10391 . . . . . . . 8 ((0 ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → ((0 − 1) ≤ 0 ↔ 0 ≤ 1))
4542, 43, 44mp2an 703 . . . . . . 7 ((0 − 1) ≤ 0 ↔ 0 ≤ 1)
4641, 45mpbir 219 . . . . . 6 (0 − 1) ≤ 0
4740, 46syl6eqbrr 4617 . . . . 5 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → ((𝐹𝐶)‘1) ≤ 0)
4847adantr 479 . . . 4 (((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹𝐶)‘1) ≤ 0)
49 fveq2 6088 . . . . . 6 (𝑖 = 1 → ((𝐹𝐶)‘𝑖) = ((𝐹𝐶)‘1))
5049breq1d 4587 . . . . 5 (𝑖 = 1 → (((𝐹𝐶)‘𝑖) ≤ 0 ↔ ((𝐹𝐶)‘1) ≤ 0))
5150rspcev 3281 . . . 4 ((1 ∈ (1...((𝐼𝐶) − 1)) ∧ ((𝐹𝐶)‘1) ≤ 0) → ∃𝑖 ∈ (1...((𝐼𝐶) − 1))((𝐹𝐶)‘𝑖) ≤ 0)
5226, 48, 51syl2anc 690 . . 3 (((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → ∃𝑖 ∈ (1...((𝐼𝐶) − 1))((𝐹𝐶)‘𝑖) ≤ 0)
53 0lt1 10399 . . . . 5 0 < 1
54 1p0e1 10980 . . . . . 6 (1 + 0) = 1
551, 2, 3, 4, 5, 6, 14ballotlemfp1 29686 . . . . . . . . . 10 (𝐶 ∈ (𝑂𝐸) → ((¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶 → ((𝐹𝐶)‘(𝐼𝐶)) = (((𝐹𝐶)‘((𝐼𝐶) − 1)) − 1)) ∧ ((𝐼𝐶) ∈ 𝐶 → ((𝐹𝐶)‘(𝐼𝐶)) = (((𝐹𝐶)‘((𝐼𝐶) − 1)) + 1))))
5655simpld 473 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂𝐸) → (¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶 → ((𝐹𝐶)‘(𝐼𝐶)) = (((𝐹𝐶)‘((𝐼𝐶) − 1)) − 1)))
5756imp 443 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹𝐶)‘(𝐼𝐶)) = (((𝐹𝐶)‘((𝐼𝐶) − 1)) − 1))
5811simprd 477 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂𝐸) → ((𝐹𝐶)‘(𝐼𝐶)) = 0)
5958adantr 479 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹𝐶)‘(𝐼𝐶)) = 0)
6057, 59eqtr3d 2645 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → (((𝐹𝐶)‘((𝐼𝐶) − 1)) − 1) = 0)
616adantr 479 . . . . . . . . . 10 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → 𝐶𝑂)
6214nnzd 11313 . . . . . . . . . . . 12 (𝐶 ∈ (𝑂𝐸) → (𝐼𝐶) ∈ ℤ)
6362adantr 479 . . . . . . . . . . 11 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → (𝐼𝐶) ∈ ℤ)
64 1zzd 11241 . . . . . . . . . . 11 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → 1 ∈ ℤ)
6563, 64zsubcld 11319 . . . . . . . . . 10 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐼𝐶) − 1) ∈ ℤ)
661, 2, 3, 4, 5, 61, 65ballotlemfelz 29685 . . . . . . . . 9 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹𝐶)‘((𝐼𝐶) − 1)) ∈ ℤ)
6766zcnd 11315 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹𝐶)‘((𝐼𝐶) − 1)) ∈ ℂ)
68 1cnd 9912 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → 1 ∈ ℂ)
69 0cnd 9889 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → 0 ∈ ℂ)
7067, 68, 69subaddd 10261 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → ((((𝐹𝐶)‘((𝐼𝐶) − 1)) − 1) = 0 ↔ (1 + 0) = ((𝐹𝐶)‘((𝐼𝐶) − 1))))
7160, 70mpbid 220 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → (1 + 0) = ((𝐹𝐶)‘((𝐼𝐶) − 1)))
7254, 71syl5eqr 2657 . . . . 5 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → 1 = ((𝐹𝐶)‘((𝐼𝐶) − 1)))
7353, 72syl5breq 4614 . . . 4 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → 0 < ((𝐹𝐶)‘((𝐼𝐶) − 1)))
7473adantlr 746 . . 3 (((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → 0 < ((𝐹𝐶)‘((𝐼𝐶) − 1)))
751, 2, 3, 4, 5, 7, 21, 52, 74ballotlemfc0 29687 . 2 (((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → ∃𝑘 ∈ (1...((𝐼𝐶) − 1))((𝐹𝐶)‘𝑘) = 0)
761, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10ballotlemimin 29700 . . 3 (𝐶 ∈ (𝑂𝐸) → ¬ ∃𝑘 ∈ (1...((𝐼𝐶) − 1))((𝐹𝐶)‘𝑘) = 0)
7776ad2antrr 757 . 2 (((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼𝐶) ∈ 𝐶) → ¬ ∃𝑘 ∈ (1...((𝐼𝐶) − 1))((𝐹𝐶)‘𝑘) = 0)
7875, 77condan 830 1 ((𝐶 ∈ (𝑂𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (𝐼𝐶) ∈ 𝐶)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 194  wa 382   = wceq 1474  wcel 1976  wne 2779  wral 2895  wrex 2896  {crab 2899  cdif 3536  cin 3538  𝒫 cpw 4107   class class class wbr 4577  cmpt 4637  cfv 5790  (class class class)co 6527  infcinf 8207  cr 9791  0cc0 9792  1c1 9793   + caddc 9795   < clt 9930  cle 9931  cmin 10117   / cdiv 10533  cn 10867  2c2 10917  cz 11210  cuz 11519  ...cfz 12152  #chash 12934
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1712  ax-4 1727  ax-5 1826  ax-6 1874  ax-7 1921  ax-8 1978  ax-9 1985  ax-10 2005  ax-11 2020  ax-12 2033  ax-13 2233  ax-ext 2589  ax-rep 4693  ax-sep 4703  ax-nul 4712  ax-pow 4764  ax-pr 4828  ax-un 6824  ax-cnex 9848  ax-resscn 9849  ax-1cn 9850  ax-icn 9851  ax-addcl 9852  ax-addrcl 9853  ax-mulcl 9854  ax-mulrcl 9855  ax-mulcom 9856  ax-addass 9857  ax-mulass 9858  ax-distr 9859  ax-i2m1 9860  ax-1ne0 9861  ax-1rid 9862  ax-rnegex 9863  ax-rrecex 9864  ax-cnre 9865  ax-pre-lttri 9866  ax-pre-lttrn 9867  ax-pre-ltadd 9868  ax-pre-mulgt0 9869
This theorem depends on definitions:  df-bi 195  df-or 383  df-an 384  df-3or 1031  df-3an 1032  df-tru 1477  df-ex 1695  df-nf 1700  df-sb 1867  df-eu 2461  df-mo 2462  df-clab 2596  df-cleq 2602  df-clel 2605  df-nfc 2739  df-ne 2781  df-nel 2782  df-ral 2900  df-rex 2901  df-reu 2902  df-rmo 2903  df-rab 2904  df-v 3174  df-sbc 3402  df-csb 3499  df-dif 3542  df-un 3544  df-in 3546  df-ss 3553  df-pss 3555  df-nul 3874  df-if 4036  df-pw 4109  df-sn 4125  df-pr 4127  df-tp 4129  df-op 4131  df-uni 4367  df-int 4405  df-iun 4451  df-br 4578  df-opab 4638  df-mpt 4639  df-tr 4675  df-eprel 4939  df-id 4943  df-po 4949  df-so 4950  df-fr 4987  df-we 4989  df-xp 5034  df-rel 5035  df-cnv 5036  df-co 5037  df-dm 5038  df-rn 5039  df-res 5040  df-ima 5041  df-pred 5583  df-ord 5629  df-on 5630  df-lim 5631  df-suc 5632  df-iota 5754  df-fun 5792  df-fn 5793  df-f 5794  df-f1 5795  df-fo 5796  df-f1o 5797  df-fv 5798  df-riota 6489  df-ov 6530  df-oprab 6531  df-mpt2 6532  df-om 6935  df-1st 7036  df-2nd 7037  df-wrecs 7271  df-recs 7332  df-rdg 7370  df-1o 7424  df-oadd 7428  df-er 7606  df-en 7819  df-dom 7820  df-sdom 7821  df-fin 7822  df-sup 8208  df-inf 8209  df-card 8625  df-cda 8850  df-pnf 9932  df-mnf 9933  df-xr 9934  df-ltxr 9935  df-le 9936  df-sub 10119  df-neg 10120  df-nn 10868  df-2 10926  df-n0 11140  df-z 11211  df-uz 11520  df-fz 12153  df-hash 12935
This theorem is referenced by:  ballotlem7  29730
  Copyright terms: Public domain W3C validator