Theorem ballotlem5 34678

Description: If A is not ahead throughout, there is a 𝑘 where votes are tied. (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 = (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

Assertion

Ref	Expression
ballotlem5	⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0)

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,𝐹   𝐶,𝑖,𝑘   𝑖,𝐸,𝑘   𝐶,𝑘

Allowed substitution hints:   𝐶(𝑥,𝑐)   𝑃(𝑥,𝑖,𝑘,𝑐)   𝐸(𝑥,𝑐)   𝐹(𝑥)   𝑀(𝑥)   𝑁(𝑥)   𝑂(𝑥)

Proof of Theorem ballotlem5

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ballotth.m	. 2 ⊢ 𝑀 ∈ ℕ
2		ballotth.n	. 2 ⊢ 𝑁 ∈ ℕ
3		ballotth.o	. 2 ⊢ 𝑂 = {𝑐 ∈ 𝒫 (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ (♯‘𝑐) = 𝑀}
4		ballotth.p	. 2 ⊢ 𝑃 = (𝑥 ∈ 𝒫 𝑂 ↦ ((♯‘𝑥) / (♯‘𝑂)))
5		ballotth.f	. 2 ⊢ 𝐹 = (𝑐 ∈ 𝑂 ↦ (𝑖 ∈ ℤ ↦ ((♯‘((1...𝑖) ∩ 𝑐)) − (♯‘((1...𝑖) ∖ 𝑐)))))
6		eldifi 4085	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 𝐶 ∈ 𝑂)
7	1	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 𝑀 ∈ ℕ)
8	2	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 𝑁 ∈ ℕ)
9	7, 8	nnaddcld 12209	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ)
10		ballotth.e	. . . 4 ⊢ 𝐸 = {𝑐 ∈ 𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹‘𝑐)‘𝑖)}
11	1, 2, 3, 4, 5, 10	ballotlemodife 34676	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↔ (𝐶 ∈ 𝑂 ∧ ∃𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘𝐶)‘𝑖) ≤ 0))
12	11	simprbi 497	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ∃𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘𝐶)‘𝑖) ≤ 0)
13		ballotth.mgtn	. . . 4 ⊢ 𝑁 < 𝑀
14	2	nnrei 12166	. . . . 5 ⊢ 𝑁 ∈ ℝ
15	1	nnrei 12166	. . . . 5 ⊢ 𝑀 ∈ ℝ
16	14, 15	posdifi 11699	. . . 4 ⊢ (𝑁 < 𝑀 ↔ 0 < (𝑀 − 𝑁))
17	13, 16	mpbi 230	. . 3 ⊢ 0 < (𝑀 − 𝑁)
18	1, 2, 3, 4, 5	ballotlemfmpn 34673	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ 𝑂 → ((𝐹‘𝐶)‘(𝑀 + 𝑁)) = (𝑀 − 𝑁))
19	6, 18	syl 17	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐹‘𝐶)‘(𝑀 + 𝑁)) = (𝑀 − 𝑁))
20	17, 19	breqtrrid 5138	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 0 < ((𝐹‘𝐶)‘(𝑀 + 𝑁)))
21	1, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 12, 20	ballotlemfc0 34671	1 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0)

Syntax hints:   → wi 4   = wceq 1542   ∈ wcel 2114  ∀wral 3052  ∃wrex 3062  {crab 3401   ∖ cdif 3900   ∩ cin 3902  𝒫 cpw 4556   class class class wbr 5100   ↦ cmpt 5181  ‘cfv 6500  (class class class)co 7368  0cc0 11038  1c1 11039   + caddc 11041   < clt 11178   ≤ cle 11179   − cmin 11376   / cdiv 11806  ℕcn 12157  ℤcz 12500  ...cfz 13435  ♯chash 14265

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5226  ax-sep 5243  ax-nul 5253  ax-pow 5312  ax-pr 5379  ax-un 7690  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-reu 3353  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-op 4589  df-uni 4866  df-int 4905  df-iun 4950  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5527  df-eprel 5532  df-po 5540  df-so 5541  df-fr 5585  df-we 5587  df-xp 5638  df-rel 5639  df-cnv 5640  df-co 5641  df-dm 5642  df-rn 5643  df-res 5644  df-ima 5645  df-pred 6267  df-ord 6328  df-on 6329  df-lim 6330  df-suc 6331  df-iota 6456  df-fun 6502  df-fn 6503  df-f 6504  df-f1 6505  df-fo 6506  df-f1o 6507  df-fv 6508  df-riota 7325  df-ov 7371  df-oprab 7372  df-mpo 7373  df-om 7819  df-1st 7943  df-2nd 7944  df-frecs 8233  df-wrecs 8264  df-recs 8313  df-rdg 8351  df-1o 8407  df-oadd 8411  df-er 8645  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-fin 8899  df-dju 9825  df-card 9863  df-pnf 11180  df-mnf 11181  df-xr 11182  df-ltxr 11183  df-le 11184  df-sub 11378  df-neg 11379  df-nn 12158  df-2 12220  df-n0 12414  df-z 12501  df-uz 12764  df-fz 13436  df-hash 14266

This theorem is referenced by:  ballotlemiex  34680  ballotlemsup  34683