Theorem ballotlem1ri 34641

Description: When the vote on the first tie is for A, the first vote is also for A on the reverse counting. (Contributed by Thierry Arnoux, 18-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, < ))
ballotth.s	⊢ 𝑆 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ (𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ↦ if(𝑖 ≤ (𝐼‘𝑐), (((𝐼‘𝑐) + 1) − 𝑖), 𝑖)))
ballotth.r	⊢ 𝑅 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))

Assertion

Ref	Expression
ballotlem1ri	⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (1 ∈ (𝑅‘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,𝑐   𝐸,𝑐   𝑖,𝐼,𝑐   𝑆,𝑘,𝑖,𝑐   𝑅,𝑖,𝑘   𝑥,𝑐   𝑥,𝐶   𝑥,𝐹   𝑥,𝑀   𝑥,𝑁

Allowed substitution hints:   𝐶(𝑐)   𝑃(𝑥,𝑖,𝑘,𝑐)   𝑅(𝑥,𝑐)   𝑆(𝑥)   𝐸(𝑥)   𝐼(𝑥)   𝑂(𝑥)

Proof of Theorem ballotlem1ri

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ballotth.m	. . . . . 6 ⊢ 𝑀 ∈ ℕ
2		ballotth.n	. . . . . 6 ⊢ 𝑁 ∈ ℕ
3		nnaddcl 12166	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ)
4	1, 2, 3	mp2an 692	. . . . 5 ⊢ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ
5		nnuz 12788	. . . . 5 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
6	4, 5	eleqtri 2832	. . . 4 ⊢ (𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘1)
7		eluzfz1 13445	. . . 4 ⊢ ((𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘1) → 1 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
8	6, 7	mp1i 13	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 1 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
9		ballotth.o	. . . . . 6 ⊢ 𝑂 = {𝑐 ∈ 𝒫 (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ (♯‘𝑐) = 𝑀}
10		ballotth.p	. . . . . 6 ⊢ 𝑃 = (𝑥 ∈ 𝒫 𝑂 ↦ ((♯‘𝑥) / (♯‘𝑂)))
11		ballotth.f	. . . . . 6 ⊢ 𝐹 = (𝑐 ∈ 𝑂 ↦ (𝑖 ∈ ℤ ↦ ((♯‘((1...𝑖) ∩ 𝑐)) − (♯‘((1...𝑖) ∖ 𝑐)))))
12		ballotth.e	. . . . . 6 ⊢ 𝐸 = {𝑐 ∈ 𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹‘𝑐)‘𝑖)}
13		ballotth.mgtn	. . . . . 6 ⊢ 𝑁 < 𝑀
14		ballotth.i	. . . . . 6 ⊢ 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
15	1, 2, 9, 10, 11, 12, 13, 14	ballotlemiex 34608	. . . . 5 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))
16	15	simpld 494	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
17		elfzle1 13441	. . . 4 ⊢ ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) → 1 ≤ (𝐼‘𝐶))
18	16, 17	syl 17	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 1 ≤ (𝐼‘𝐶))
19		ballotth.s	. . . 4 ⊢ 𝑆 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ (𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ↦ if(𝑖 ≤ (𝐼‘𝑐), (((𝐼‘𝑐) + 1) − 𝑖), 𝑖)))
20		ballotth.r	. . . 4 ⊢ 𝑅 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
21	1, 2, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 19, 20	ballotlemrv1 34627	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 1 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ 1 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (1 ∈ (𝑅‘𝐶) ↔ (((𝐼‘𝐶) + 1) − 1) ∈ 𝐶))
22	8, 18, 21	mpd3an23 1465	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (1 ∈ (𝑅‘𝐶) ↔ (((𝐼‘𝐶) + 1) − 1) ∈ 𝐶))
23	16	elfzelzd 13439	. . . . 5 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
24	23	zcnd 12595	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℂ)
25		1cnd 11125	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 1 ∈ ℂ)
26	24, 25	pncand 11491	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 1) = (𝐼‘𝐶))
27	26	eleq1d 2819	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((((𝐼‘𝐶) + 1) − 1) ∈ 𝐶 ↔ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶))
28	22, 27	bitrd 279	1 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (1 ∈ (𝑅‘𝐶) ↔ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   = wceq 1541   ∈ wcel 2113  ∀wral 3049  {crab 3397   ∖ cdif 3896   ∩ cin 3898  ifcif 4477  𝒫 cpw 4552   class class class wbr 5096   ↦ cmpt 5177   “ cima 5625  ‘cfv 6490  (class class class)co 7356  infcinf 9342  ℝcr 11023  0cc0 11024  1c1 11025   + caddc 11027   < clt 11164   ≤ cle 11165   − cmin 11362   / cdiv 11792  ℕcn 12143  ℤcz 12486  ℤ_≥cuz 12749  ...cfz 13421  ♯chash 14251

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1968  ax-7 2009  ax-8 2115  ax-9 2123  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2182  ax-ext 2706  ax-rep 5222  ax-sep 5239  ax-nul 5249  ax-pow 5308  ax-pr 5375  ax-un 7678  ax-cnex 11080  ax-resscn 11081  ax-1cn 11082  ax-icn 11083  ax-addcl 11084  ax-addrcl 11085  ax-mulcl 11086  ax-mulrcl 11087  ax-mulcom 11088  ax-addass 11089  ax-mulass 11090  ax-distr 11091  ax-i2m1 11092  ax-1ne0 11093  ax-1rid 11094  ax-rnegex 11095  ax-rrecex 11096  ax-cnre 11097  ax-pre-lttri 11098  ax-pre-lttrn 11099  ax-pre-ltadd 11100  ax-pre-mulgt0 11101

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2068  df-mo 2537  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2726  df-clel 2809  df-nfc 2883  df-ne 2931  df-nel 3035  df-ral 3050  df-rex 3059  df-rmo 3348  df-reu 3349  df-rab 3398  df-v 3440  df-sbc 3739  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4284  df-if 4478  df-pw 4554  df-sn 4579  df-pr 4581  df-op 4585  df-uni 4862  df-int 4901  df-iun 4946  df-br 5097  df-opab 5159  df-mpt 5178  df-tr 5204  df-id 5517  df-eprel 5522  df-po 5530  df-so 5531  df-fr 5575  df-we 5577  df-xp 5628  df-rel 5629  df-cnv 5630  df-co 5631  df-dm 5632  df-rn 5633  df-res 5634  df-ima 5635  df-pred 6257  df-ord 6318  df-on 6319  df-lim 6320  df-suc 6321  df-iota 6446  df-fun 6492  df-fn 6493  df-f 6494  df-f1 6495  df-fo 6496  df-f1o 6497  df-fv 6498  df-riota 7313  df-ov 7359  df-oprab 7360  df-mpo 7361  df-om 7807  df-1st 7931  df-2nd 7932  df-frecs 8221  df-wrecs 8252  df-recs 8301  df-rdg 8339  df-1o 8395  df-oadd 8399  df-er 8633  df-en 8882  df-dom 8883  df-sdom 8884  df-fin 8885  df-sup 9343  df-inf 9344  df-dju 9811  df-card 9849  df-pnf 11166  df-mnf 11167  df-xr 11168  df-ltxr 11169  df-le 11170  df-sub 11364  df-neg 11365  df-nn 12144  df-2 12206  df-n0 12400  df-z 12487  df-uz 12750  df-rp 12904  df-fz 13422  df-hash 14252

This theorem is referenced by:  ballotlem7  34642