Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  ballotlem1c Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem ballotlem1c 35244
Description: If the first vote is for A, the vote on the first tie is for B. (Contributed by Thierry Arnoux, 4-Apr-2017.)
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 = (𝑐 ∈ 𝑂 ↦ (𝑖 ∈ ℤ ↦ ((♯‘((1...𝑖) ∩ 𝑐)) − (♯‘((1...𝑖) ∖ 𝑐)))))
ballotth.e 𝐸 = {𝑐 ∈ 𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹‘𝑐)‘𝑖)}
ballotth.mgtn 𝑁 < 𝑀
ballotth.i 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
Assertion
Ref Expression
ballotlem1c ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) → ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 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 ballotlem1c
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 = (𝑐 ∈ 𝑂 ↦ (𝑖 ∈ ℤ ↦ ((♯‘((1...𝑖) ∩ 𝑐)) − (♯‘((1...𝑖) ∖ 𝑐)))))
6 eldifi 4070 . . . 4 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 𝐶 ∈ 𝑂)
76ad2antrr 739 . . 3 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 𝐶 ∈ 𝑂)
8 ballotth.e . . . . . . . . . 10 𝐸 = {𝑐 ∈ 𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹‘𝑐)‘𝑖)}
9 ballotth.mgtn . . . . . . . . . 10 𝑁 < 𝑀
10 ballotth.i . . . . . . . . . 10 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
111, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10ballotlemiex 35238 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))
1211simpld 500 . . . . . . . 8 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
13 elfznn 13725 . . . . . . . 8 ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℕ)
1412, 13syl 18 . . . . . . 7 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℕ)
1514adantr 486 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℕ)
161, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10ballotlemii 35240 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) → (𝐼‘𝐶) ≠ 1)
17 eluz2b3 13087 . . . . . 6 ((𝐼‘𝐶) ∈ (ℤ≥‘2) ↔ ((𝐼‘𝐶) ∈ ℕ ∧ (𝐼‘𝐶) ≠ 1))
1815, 16, 17sylanbrc 595 . . . . 5 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) → (𝐼‘𝐶) ∈ (ℤ≥‘2))
19 uz2m1nn 13088 . . . . 5 ((𝐼‘𝐶) ∈ (ℤ≥‘2) → ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℕ)
2018, 19syl 18 . . . 4 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) → ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℕ)
2120adantr 486 . . 3 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℕ)
22 fveq2 6914 . . . . 5 (𝑖 = 1 → ((𝐹‘𝐶)‘𝑖) = ((𝐹‘𝐶)‘1))
2322breq2d 5118 . . . 4 (𝑖 = 1 → (0 ≤ ((𝐹‘𝐶)‘𝑖) ↔ 0 ≤ ((𝐹‘𝐶)‘1)))
24 elnnuz 13043 . . . . . . 7 (((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℕ ↔ ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ (ℤ≥‘1))
2524biimpi 219 . . . . . 6 (((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℕ → ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ (ℤ≥‘1))
26 eluzfz1 13702 . . . . . 6 (((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ (ℤ≥‘1) → 1 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1)))
2720, 25, 263syl 19 . . . . 5 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) → 1 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1)))
2827adantr 486 . . . 4 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 1 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1)))
29 0le1 11877 . . . . . . 7 0 ≤ 1
30 1e0p1 12899 . . . . . . 7 1 = (0 + 1)
3129, 30breqtri 5134 . . . . . 6 0 ≤ (0 + 1)
32 1nn 12384 . . . . . . . . . . 11 1 ∈ ℕ
3332a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 1 ∈ ℕ)
341, 2, 3, 4, 5, 6, 33ballotlemfp1 35228 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((¬ 1 ∈ 𝐶 → ((𝐹‘𝐶)‘1) = (((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) − 1)) ∧ (1 ∈ 𝐶 → ((𝐹‘𝐶)‘1) = (((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) + 1))))
3534simprd 501 . . . . . . . 8 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (1 ∈ 𝐶 → ((𝐹‘𝐶)‘1) = (((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) + 1)))
3635imp 412 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘1) = (((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) + 1))
37 1m1e0 12453 . . . . . . . . . 10 (1 − 1) = 0
3837fveq2i 6917 . . . . . . . . 9 ((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) = ((𝐹‘𝐶)‘0)
3938oveq1i 7459 . . . . . . . 8 (((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) + 1) = (((𝐹‘𝐶)‘0) + 1)
4039a1i 11 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) → (((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) + 1) = (((𝐹‘𝐶)‘0) + 1))
411, 2, 3, 4, 5ballotlemfval0 35232 . . . . . . . . . 10 (𝐶 ∈ 𝑂 → ((𝐹‘𝐶)‘0) = 0)
426, 41syl 18 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐹‘𝐶)‘0) = 0)
4342adantr 486 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘0) = 0)
4443oveq1d 7464 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) → (((𝐹‘𝐶)‘0) + 1) = (0 + 1))
4536, 40, 443eqtrrd 2803 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) → (0 + 1) = ((𝐹‘𝐶)‘1))
4631, 45breqtrid 5146 . . . . 5 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) → 0 ≤ ((𝐹‘𝐶)‘1))
4746adantr 486 . . . 4 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 0 ≤ ((𝐹‘𝐶)‘1))
4823, 28, 47rspcedvdw 3583 . . 3 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ∃𝑖 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1))0 ≤ ((𝐹‘𝐶)‘𝑖))
49 df-neg 11581 . . . . . 6 -1 = (0 − 1)
501, 2, 3, 4, 5, 6, 14ballotlemfp1 35228 . . . . . . . . . 10 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶 → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = (((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) − 1)) ∧ ((𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶 → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = (((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) + 1))))
5150simprd 501 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶 → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = (((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) + 1)))
5251imp 412 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = (((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) + 1))
5311simprd 501 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0)
5453adantr 486 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0)
5552, 54eqtr3d 2800 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → (((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) + 1) = 0)
56 0cnd 11336 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 0 ∈ ℂ)
57 1cnd 11339 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 1 ∈ ℂ)
586adantr 486 . . . . . . . . . 10 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 𝐶 ∈ 𝑂)
5914nnzd 12757 . . . . . . . . . . . 12 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
6059adantr 486 . . . . . . . . . . 11 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
61 1zzd 12765 . . . . . . . . . . 11 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 1 ∈ ℤ)
6260, 61zsubcld 12846 . . . . . . . . . 10 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℤ)
631, 2, 3, 4, 5, 58, 62ballotlemfelz 35227 . . . . . . . . 9 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) ∈ ℤ)
6463zcnd 12842 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) ∈ ℂ)
6556, 57, 64subadd2d 11725 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((0 − 1) = ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) ↔ (((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) + 1) = 0))
6655, 65mpbird 260 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → (0 − 1) = ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)))
6749, 66eqtrid 2810 . . . . 5 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → -1 = ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)))
68 neg1lt0 12346 . . . . 5 -1 < 0
6967, 68eqbrtrrdi 5149 . . . 4 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) < 0)
7069adantlr 728 . . 3 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) < 0)
711, 2, 3, 4, 5, 7, 21, 48, 70ballotlemfcc 35230 . 2 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ∃𝑘 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1))((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0)
721, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10ballotlemimin 35242 . . 3 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ¬ ∃𝑘 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1))((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0)
7372ad2antrr 739 . 2 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ¬ ∃𝑘 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1))((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0)
7471, 73pm2.65da 829 1 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ 𝐶) → ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶)
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959  ∀wral 3080  ∃wrex 3090  {crab 3416   ∖ cdif 4048   ∩ cin 4092  𝒫 cpw 4560   class class class wbr 5106   ↦ cmpt 5190  ‘cfv 6564  (class class class)co 7449  infcinf 9468  ℝcr 11236  0cc0 11237  1c1 11238   + caddc 11240   < clt 11380   ≤ cle 11381   − cmin 11578   -cneg 11579   / cdiv 12011  ℕcn 12373  2c2 12435  ℤcz 12731  ℤ≥cuz 13003  ...cfz 13677  ♯chash 14513
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5236  ax-sep 5253  ax-nul 5264  ax-pow 5332  ax-pr 5396  ax-un 7781  ax-cnex 11293  ax-resscn 11294  ax-1cn 11295  ax-icn 11296  ax-addcl 11297  ax-addrcl 11298  ax-mulcl 11299  ax-mulrcl 11300  ax-mulcom 11301  ax-addass 11302  ax-mulass 11303  ax-distr 11304  ax-i2m1 11305  ax-1ne0 11306  ax-1rid 11307  ax-rnegex 11308  ax-rrecex 11309  ax-cnre 11310  ax-pre-lttri 11311  ax-pre-lttrn 11312  ax-pre-ltadd 11313  ax-pre-mulgt0 11314
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5551  df-eprel 5556  df-po 5564  df-so 5565  df-fr 5609  df-we 5611  df-xp 5662  df-rel 5663  df-cnv 5664  df-co 5665  df-dm 5666  df-rn 5667  df-res 5668  df-ima 5669  df-pred 6328  df-ord 6389  df-on 6390  df-lim 6391  df-suc 6392  df-iota 6518  df-fun 6566  df-fn 6567  df-f 6568  df-f1 6569  df-fo 6570  df-f1o 6571  df-fv 6572  df-riota 7406  df-ov 7452  df-oprab 7453  df-mpo 7454  df-om 7910  df-1st 8033  df-2nd 8034  df-frecs 8335  df-wrecs 8366  df-recs 8415  df-rdg 8454  df-1o 8512  df-oadd 8516  df-er 8753  df-en 9010  df-dom 9011  df-sdom 9012  df-fin 9013  df-sup 9469  df-inf 9470  df-dju 10017  df-card 10055  df-pnf 11382  df-mnf 11383  df-xr 11384  df-ltxr 11385  df-le 11386  df-sub 11580  df-neg 11581  df-nn 12374  df-2 12443  df-n0 12645  df-z 12732  df-uz 13004  df-fz 13678  df-hash 14514
This theorem is used by:  ballotlem7  35272
  Copyright terms: Public domain W3C validator