Theorem ballotlemfg 34710

Description: Express the value of (𝐹‘𝐶) in terms of ↑. (Contributed by Thierry Arnoux, 21-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))
ballotlemg	⊢ ↑ = (𝑢 ∈ Fin, 𝑣 ∈ Fin ↦ ((♯‘(𝑣 ∩ 𝑢)) − (♯‘(𝑣 ∖ 𝑢))))

Assertion

Ref	Expression
ballotlemfg	⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (0...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝐹‘𝐶)‘𝐽) = (𝐶 ↑ (1...𝐽)))

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   𝑘,𝐽   𝑆,𝑘,𝑖,𝑐   𝑅,𝑖   𝑣,𝑢,𝐶   𝑢,𝐼,𝑣   𝑢,𝐽,𝑣   𝑢,𝑅,𝑣   𝑢,𝑆,𝑣   𝑖,𝐽

Allowed substitution hints:   𝐶(𝑥,𝑐)   𝑃(𝑥,𝑣,𝑢,𝑖,𝑘,𝑐)   𝑅(𝑥,𝑘,𝑐)   𝑆(𝑥)   𝐸(𝑥,𝑣,𝑢)   ↑ (𝑥,𝑣,𝑢,𝑖,𝑘,𝑐)   𝐹(𝑥,𝑣,𝑢)   𝐼(𝑥)   𝐽(𝑥,𝑐)   𝑀(𝑥,𝑣,𝑢)   𝑁(𝑥,𝑣,𝑢)   𝑂(𝑥,𝑣,𝑢)

Proof of Theorem ballotlemfg

Step	Hyp	Ref	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 4085	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 𝐶 ∈ 𝑂)
7	6	adantr 480	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (0...(𝑀 + 𝑁))) → 𝐶 ∈ 𝑂)
8		elfzelz 13454	. . . 4 ⊢ (𝐽 ∈ (0...(𝑀 + 𝑁)) → 𝐽 ∈ ℤ)
9	8	adantl 481	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (0...(𝑀 + 𝑁))) → 𝐽 ∈ ℤ)
10	1, 2, 3, 4, 5, 7, 9	ballotlemfval 34674	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (0...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝐹‘𝐶)‘𝐽) = ((♯‘((1...𝐽) ∩ 𝐶)) − (♯‘((1...𝐽) ∖ 𝐶))))
11		fzfi 13909	. . . . 5 ⊢ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∈ Fin
12	1, 2, 3	ballotlemelo 34672	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ 𝑂 ↔ (𝐶 ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ (♯‘𝐶) = 𝑀))
13	12	simplbi 496	. . . . 5 ⊢ (𝐶 ∈ 𝑂 → 𝐶 ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
14		ssfi 9111	. . . . 5 ⊢ (((1...(𝑀 + 𝑁)) ∈ Fin ∧ 𝐶 ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁))) → 𝐶 ∈ Fin)
15	11, 13, 14	sylancr 588	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ 𝑂 → 𝐶 ∈ Fin)
16	7, 15	syl 17	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (0...(𝑀 + 𝑁))) → 𝐶 ∈ Fin)
17		fzfid 13910	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (0...(𝑀 + 𝑁))) → (1...𝐽) ∈ Fin)
18		ballotth.e	. . . 4 ⊢ 𝐸 = {𝑐 ∈ 𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹‘𝑐)‘𝑖)}
19		ballotth.mgtn	. . . 4 ⊢ 𝑁 < 𝑀
20		ballotth.i	. . . 4 ⊢ 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
21		ballotth.s	. . . 4 ⊢ 𝑆 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ (𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ↦ if(𝑖 ≤ (𝐼‘𝑐), (((𝐼‘𝑐) + 1) − 𝑖), 𝑖)))
22		ballotth.r	. . . 4 ⊢ 𝑅 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
23		ballotlemg	. . . 4 ⊢ ↑ = (𝑢 ∈ Fin, 𝑣 ∈ Fin ↦ ((♯‘(𝑣 ∩ 𝑢)) − (♯‘(𝑣 ∖ 𝑢))))
24	1, 2, 3, 4, 5, 18, 19, 20, 21, 22, 23	ballotlemgval 34708	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ Fin ∧ (1...𝐽) ∈ Fin) → (𝐶 ↑ (1...𝐽)) = ((♯‘((1...𝐽) ∩ 𝐶)) − (♯‘((1...𝐽) ∖ 𝐶))))
25	16, 17, 24	syl2anc 585	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (0...(𝑀 + 𝑁))) → (𝐶 ↑ (1...𝐽)) = ((♯‘((1...𝐽) ∩ 𝐶)) − (♯‘((1...𝐽) ∖ 𝐶))))
26	10, 25	eqtr4d 2775	1 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (0...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝐹‘𝐶)‘𝐽) = (𝐶 ↑ (1...𝐽)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1542   ∈ wcel 2114  ∀wral 3052  {crab 3401   ∖ cdif 3900   ∩ cin 3902   ⊆ wss 3903  ifcif 4481  𝒫 cpw 4556   class class class wbr 5100   ↦ cmpt 5181   “ cima 5637  ‘cfv 6502  (class class class)co 7370   ∈ cmpo 7372  Fincfn 8897  infcinf 9358  ℝcr 11039  0cc0 11040  1c1 11041   + caddc 11043   < clt 11180   ≤ cle 11181   − cmin 11378   / cdiv 11808  ℕcn 12159  ℤcz 12502  ...cfz 13437  ♯chash 14267

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 5245  ax-nul 5255  ax-pow 5314  ax-pr 5381  ax-un 7692  ax-cnex 11096  ax-resscn 11097  ax-1cn 11098  ax-icn 11099  ax-addcl 11100  ax-addrcl 11101  ax-mulcl 11102  ax-mulrcl 11103  ax-mulcom 11104  ax-addass 11105  ax-mulass 11106  ax-distr 11107  ax-i2m1 11108  ax-1ne0 11109  ax-1rid 11110  ax-rnegex 11111  ax-rrecex 11112  ax-cnre 11113  ax-pre-lttri 11114  ax-pre-lttrn 11115  ax-pre-ltadd 11116  ax-pre-mulgt0 11117

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-iun 4950  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5529  df-eprel 5534  df-po 5542  df-so 5543  df-fr 5587  df-we 5589  df-xp 5640  df-rel 5641  df-cnv 5642  df-co 5643  df-dm 5644  df-rn 5645  df-res 5646  df-ima 5647  df-pred 6269  df-ord 6330  df-on 6331  df-lim 6332  df-suc 6333  df-iota 6458  df-fun 6504  df-fn 6505  df-f 6506  df-f1 6507  df-fo 6508  df-f1o 6509  df-fv 6510  df-riota 7327  df-ov 7373  df-oprab 7374  df-mpo 7375  df-om 7821  df-1st 7945  df-2nd 7946  df-frecs 8235  df-wrecs 8266  df-recs 8315  df-rdg 8353  df-1o 8409  df-er 8647  df-en 8898  df-dom 8899  df-sdom 8900  df-fin 8901  df-pnf 11182  df-mnf 11183  df-xr 11184  df-ltxr 11185  df-le 11186  df-sub 11380  df-neg 11381  df-nn 12160  df-n0 12416  df-z 12503  df-uz 12766  df-fz 13438

This theorem is referenced by:  ballotlemfrci  34712  ballotlemfrceq  34713