Theorem ballotlem5 34468

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 4082	. 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 12180	. 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 34466	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↔ (𝐶 ∈ 𝑂 ∧ ∃𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘𝐶)‘𝑖) ≤ 0))
12	11	simprbi 496	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ∃𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘𝐶)‘𝑖) ≤ 0)
13		ballotth.mgtn	. . . 4 ⊢ 𝑁 < 𝑀
14	2	nnrei 12137	. . . . 5 ⊢ 𝑁 ∈ ℝ
15	1	nnrei 12137	. . . . 5 ⊢ 𝑀 ∈ ℝ
16	14, 15	posdifi 11670	. . . 4 ⊢ (𝑁 < 𝑀 ↔ 0 < (𝑀 − 𝑁))
17	13, 16	mpbi 230	. . 3 ⊢ 0 < (𝑀 − 𝑁)
18	1, 2, 3, 4, 5	ballotlemfmpn 34463	. . . 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 5130	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 0 < ((𝐹‘𝐶)‘(𝑀 + 𝑁)))
21	1, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 12, 20	ballotlemfc0 34461	1 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0)

Syntax hints:   → wi 4   = wceq 1540   ∈ wcel 2109  ∀wral 3044  ∃wrex 3053  {crab 3394   ∖ cdif 3900   ∩ cin 3902  𝒫 cpw 4551   class class class wbr 5092   ↦ cmpt 5173  ‘cfv 6482  (class class class)co 7349  0cc0 11009  1c1 11010   + caddc 11012   < clt 11149   ≤ cle 11150   − cmin 11347   / cdiv 11777  ℕcn 12128  ℤcz 12471  ...cfz 13410  ♯chash 14237

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-rep 5218  ax-sep 5235  ax-nul 5245  ax-pow 5304  ax-pr 5371  ax-un 7671  ax-cnex 11065  ax-resscn 11066  ax-1cn 11067  ax-icn 11068  ax-addcl 11069  ax-addrcl 11070  ax-mulcl 11071  ax-mulrcl 11072  ax-mulcom 11073  ax-addass 11074  ax-mulass 11075  ax-distr 11076  ax-i2m1 11077  ax-1ne0 11078  ax-1rid 11079  ax-rnegex 11080  ax-rrecex 11081  ax-cnre 11082  ax-pre-lttri 11083  ax-pre-lttrn 11084  ax-pre-ltadd 11085  ax-pre-mulgt0 11086

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-reu 3344  df-rab 3395  df-v 3438  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4285  df-if 4477  df-pw 4553  df-sn 4578  df-pr 4580  df-op 4584  df-uni 4859  df-int 4897  df-iun 4943  df-br 5093  df-opab 5155  df-mpt 5174  df-tr 5200  df-id 5514  df-eprel 5519  df-po 5527  df-so 5528  df-fr 5572  df-we 5574  df-xp 5625  df-rel 5626  df-cnv 5627  df-co 5628  df-dm 5629  df-rn 5630  df-res 5631  df-ima 5632  df-pred 6249  df-ord 6310  df-on 6311  df-lim 6312  df-suc 6313  df-iota 6438  df-fun 6484  df-fn 6485  df-f 6486  df-f1 6487  df-fo 6488  df-f1o 6489  df-fv 6490  df-riota 7306  df-ov 7352  df-oprab 7353  df-mpo 7354  df-om 7800  df-1st 7924  df-2nd 7925  df-frecs 8214  df-wrecs 8245  df-recs 8294  df-rdg 8332  df-1o 8388  df-oadd 8392  df-er 8625  df-en 8873  df-dom 8874  df-sdom 8875  df-fin 8876  df-dju 9797  df-card 9835  df-pnf 11151  df-mnf 11152  df-xr 11153  df-ltxr 11154  df-le 11155  df-sub 11349  df-neg 11350  df-nn 12129  df-2 12191  df-n0 12385  df-z 12472  df-uz 12736  df-fz 13411  df-hash 14238

This theorem is referenced by:  ballotlemiex  34470  ballotlemsup  34473