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

Theorem ballotlemgun 35157
Description: A property of the defined ↑ operator. (Contributed by Thierry Arnoux, 26-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))))
ballotlemgun.1 (𝜑 → 𝑈 ∈ Fin)
ballotlemgun.2 (𝜑 → 𝑉 ∈ Fin)
ballotlemgun.3 (𝜑 → 𝑊 ∈ Fin)
ballotlemgun.4 (𝜑 → (𝑉 ∩ 𝑊) = ∅)
Assertion
Ref Expression
ballotlemgun (𝜑 → (𝑈 ↑ (𝑉 ∪ 𝑊)) = ((𝑈 ↑ 𝑉) + (𝑈 ↑ 𝑊)))
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   𝑖,𝐸,𝑘   𝑘,𝐼,𝑐   𝐸,𝑐   𝑖,𝐼,𝑐   𝑆,𝑘,𝑖,𝑐   𝑅,𝑖   𝑣,𝑢,𝐼   𝑢,𝑅,𝑣   𝑢,𝑆,𝑣   𝑢,𝑈,𝑣   𝑢,𝑉,𝑣   𝑢,𝑊,𝑣
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥, 𝑣, 𝑢, 𝑖, 𝑘, 𝑐)   𝑃(𝑥, 𝑣, 𝑢, 𝑖, 𝑘, 𝑐)   𝑅(𝑥, 𝑘, 𝑐)   𝑆(𝑥)   𝑈(𝑥, 𝑖, 𝑘, 𝑐)   𝐸(𝑥, 𝑣, 𝑢)   ↑ (𝑥, 𝑣, 𝑢, 𝑖, 𝑘, 𝑐)   𝐹(𝑥, 𝑣, 𝑢)   𝐼(𝑥)   𝑀(𝑥, 𝑣, 𝑢)   𝑁(𝑥, 𝑣, 𝑢)   𝑂(𝑥, 𝑣, 𝑢)   𝑉(𝑥, 𝑖, 𝑘, 𝑐)   𝑊(𝑥, 𝑖, 𝑘, 𝑐)

Proof of Theorem ballotlemgun
StepHypRef Expression
1 indir 4232 . . . . . 6 ((𝑉 ∪ 𝑊) ∩ 𝑈) = ((𝑉 ∩ 𝑈) ∪ (𝑊 ∩ 𝑈))
21fveq2i 6888 . . . . 5 (♯‘((𝑉 ∪ 𝑊) ∩ 𝑈)) = (♯‘((𝑉 ∩ 𝑈) ∪ (𝑊 ∩ 𝑈)))
3 ballotlemgun.2 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝑉 ∈ Fin)
4 infi 9261 . . . . . . 7 (𝑉 ∈ Fin → (𝑉 ∩ 𝑈) ∈ Fin)
53, 4syl 18 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑉 ∩ 𝑈) ∈ Fin)
6 ballotlemgun.3 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝑊 ∈ Fin)
7 infi 9261 . . . . . . 7 (𝑊 ∈ Fin → (𝑊 ∩ 𝑈) ∈ Fin)
86, 7syl 18 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑊 ∩ 𝑈) ∈ Fin)
9 ballotlemgun.4 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑉 ∩ 𝑊) = ∅)
109ineq1d 4165 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝑉 ∩ 𝑊) ∩ 𝑈) = (∅ ∩ 𝑈))
11 inindir 4181 . . . . . . 7 ((𝑉 ∩ 𝑊) ∩ 𝑈) = ((𝑉 ∩ 𝑈) ∩ (𝑊 ∩ 𝑈))
12 0in 4347 . . . . . . 7 (∅ ∩ 𝑈) = ∅
1310, 11, 123eqtr3g 2819 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝑉 ∩ 𝑈) ∩ (𝑊 ∩ 𝑈)) = ∅)
14 hashun 14526 . . . . . 6 (((𝑉 ∩ 𝑈) ∈ Fin ∧ (𝑊 ∩ 𝑈) ∈ Fin ∧ ((𝑉 ∩ 𝑈) ∩ (𝑊 ∩ 𝑈)) = ∅) → (♯‘((𝑉 ∩ 𝑈) ∪ (𝑊 ∩ 𝑈))) = ((♯‘(𝑉 ∩ 𝑈)) + (♯‘(𝑊 ∩ 𝑈))))
155, 8, 13, 14syl3anc 1398 . . . . 5 (𝜑 → (♯‘((𝑉 ∩ 𝑈) ∪ (𝑊 ∩ 𝑈))) = ((♯‘(𝑉 ∩ 𝑈)) + (♯‘(𝑊 ∩ 𝑈))))
162, 15eqtrid 2808 . . . 4 (𝜑 → (♯‘((𝑉 ∪ 𝑊) ∩ 𝑈)) = ((♯‘(𝑉 ∩ 𝑈)) + (♯‘(𝑊 ∩ 𝑈))))
17 difundir 4237 . . . . . 6 ((𝑉 ∪ 𝑊) ∖ 𝑈) = ((𝑉 ∖ 𝑈) ∪ (𝑊 ∖ 𝑈))
1817fveq2i 6888 . . . . 5 (♯‘((𝑉 ∪ 𝑊) ∖ 𝑈)) = (♯‘((𝑉 ∖ 𝑈) ∪ (𝑊 ∖ 𝑈)))
19 diffi 9190 . . . . . . 7 (𝑉 ∈ Fin → (𝑉 ∖ 𝑈) ∈ Fin)
203, 19syl 18 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑉 ∖ 𝑈) ∈ Fin)
21 diffi 9190 . . . . . . 7 (𝑊 ∈ Fin → (𝑊 ∖ 𝑈) ∈ Fin)
226, 21syl 18 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑊 ∖ 𝑈) ∈ Fin)
239difeq1d 4073 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝑉 ∩ 𝑊) ∖ 𝑈) = (∅ ∖ 𝑈))
24 difindir 4239 . . . . . . 7 ((𝑉 ∩ 𝑊) ∖ 𝑈) = ((𝑉 ∖ 𝑈) ∩ (𝑊 ∖ 𝑈))
25 0dif 4356 . . . . . . 7 (∅ ∖ 𝑈) = ∅
2623, 24, 253eqtr3g 2819 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝑉 ∖ 𝑈) ∩ (𝑊 ∖ 𝑈)) = ∅)
27 hashun 14526 . . . . . 6 (((𝑉 ∖ 𝑈) ∈ Fin ∧ (𝑊 ∖ 𝑈) ∈ Fin ∧ ((𝑉 ∖ 𝑈) ∩ (𝑊 ∖ 𝑈)) = ∅) → (♯‘((𝑉 ∖ 𝑈) ∪ (𝑊 ∖ 𝑈))) = ((♯‘(𝑉 ∖ 𝑈)) + (♯‘(𝑊 ∖ 𝑈))))
2820, 22, 26, 27syl3anc 1398 . . . . 5 (𝜑 → (♯‘((𝑉 ∖ 𝑈) ∪ (𝑊 ∖ 𝑈))) = ((♯‘(𝑉 ∖ 𝑈)) + (♯‘(𝑊 ∖ 𝑈))))
2918, 28eqtrid 2808 . . . 4 (𝜑 → (♯‘((𝑉 ∪ 𝑊) ∖ 𝑈)) = ((♯‘(𝑉 ∖ 𝑈)) + (♯‘(𝑊 ∖ 𝑈))))
3016, 29oveq12d 7438 . . 3 (𝜑 → ((♯‘((𝑉 ∪ 𝑊) ∩ 𝑈)) − (♯‘((𝑉 ∪ 𝑊) ∖ 𝑈))) = (((♯‘(𝑉 ∩ 𝑈)) + (♯‘(𝑊 ∩ 𝑈))) − ((♯‘(𝑉 ∖ 𝑈)) + (♯‘(𝑊 ∖ 𝑈)))))
31 hashcl 14500 . . . . . 6 ((𝑉 ∩ 𝑈) ∈ Fin → (♯‘(𝑉 ∩ 𝑈)) ∈ ℕ0)
323, 4, 313syl 19 . . . . 5 (𝜑 → (♯‘(𝑉 ∩ 𝑈)) ∈ ℕ0)
3332nn0cnd 12669 . . . 4 (𝜑 → (♯‘(𝑉 ∩ 𝑈)) ∈ ℂ)
34 hashcl 14500 . . . . . 6 ((𝑊 ∩ 𝑈) ∈ Fin → (♯‘(𝑊 ∩ 𝑈)) ∈ ℕ0)
356, 7, 343syl 19 . . . . 5 (𝜑 → (♯‘(𝑊 ∩ 𝑈)) ∈ ℕ0)
3635nn0cnd 12669 . . . 4 (𝜑 → (♯‘(𝑊 ∩ 𝑈)) ∈ ℂ)
37 hashcl 14500 . . . . . 6 ((𝑉 ∖ 𝑈) ∈ Fin → (♯‘(𝑉 ∖ 𝑈)) ∈ ℕ0)
383, 19, 373syl 19 . . . . 5 (𝜑 → (♯‘(𝑉 ∖ 𝑈)) ∈ ℕ0)
3938nn0cnd 12669 . . . 4 (𝜑 → (♯‘(𝑉 ∖ 𝑈)) ∈ ℂ)
40 hashcl 14500 . . . . . 6 ((𝑊 ∖ 𝑈) ∈ Fin → (♯‘(𝑊 ∖ 𝑈)) ∈ ℕ0)
416, 21, 403syl 19 . . . . 5 (𝜑 → (♯‘(𝑊 ∖ 𝑈)) ∈ ℕ0)
4241nn0cnd 12669 . . . 4 (𝜑 → (♯‘(𝑊 ∖ 𝑈)) ∈ ℂ)
4333, 36, 39, 42addsub4d 11716 . . 3 (𝜑 → (((♯‘(𝑉 ∩ 𝑈)) + (♯‘(𝑊 ∩ 𝑈))) − ((♯‘(𝑉 ∖ 𝑈)) + (♯‘(𝑊 ∖ 𝑈)))) = (((♯‘(𝑉 ∩ 𝑈)) − (♯‘(𝑉 ∖ 𝑈))) + ((♯‘(𝑊 ∩ 𝑈)) − (♯‘(𝑊 ∖ 𝑈)))))
4430, 43eqtrd 2796 . 2 (𝜑 → ((♯‘((𝑉 ∪ 𝑊) ∩ 𝑈)) − (♯‘((𝑉 ∪ 𝑊) ∖ 𝑈))) = (((♯‘(𝑉 ∩ 𝑈)) − (♯‘(𝑉 ∖ 𝑈))) + ((♯‘(𝑊 ∩ 𝑈)) − (♯‘(𝑊 ∖ 𝑈)))))
45 ballotlemgun.1 . . 3 (𝜑 → 𝑈 ∈ Fin)
46 unfi 9186 . . . 4 ((𝑉 ∈ Fin ∧ 𝑊 ∈ Fin) → (𝑉 ∪ 𝑊) ∈ Fin)
473, 6, 46syl2anc 596 . . 3 (𝜑 → (𝑉 ∪ 𝑊) ∈ Fin)
48 ballotth.m . . . 4 𝑀 ∈ ℕ
49 ballotth.n . . . 4 𝑁 ∈ ℕ
50 ballotth.o . . . 4 𝑂 = {𝑐 ∈ 𝒫 (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ (♯‘𝑐) = 𝑀}
51 ballotth.p . . . 4 𝑃 = (𝑥 ∈ 𝒫 𝑂 ↦ ((♯‘𝑥) / (♯‘𝑂)))
52 ballotth.f . . . 4 𝐹 = (𝑐 ∈ 𝑂 ↦ (𝑖 ∈ ℤ ↦ ((♯‘((1...𝑖) ∩ 𝑐)) − (♯‘((1...𝑖) ∖ 𝑐)))))
53 ballotth.e . . . 4 𝐸 = {𝑐 ∈ 𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹‘𝑐)‘𝑖)}
54 ballotth.mgtn . . . 4 𝑁 < 𝑀
55 ballotth.i . . . 4 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
56 ballotth.s . . . 4 𝑆 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ (𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ↦ if(𝑖 ≤ (𝐼‘𝑐), (((𝐼‘𝑐) + 1) − 𝑖), 𝑖)))
57 ballotth.r . . . 4 𝑅 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
58 ballotlemg . . . 4 ↑ = (𝑢 ∈ Fin, 𝑣 ∈ Fin ↦ ((♯‘(𝑣 ∩ 𝑢)) − (♯‘(𝑣 ∖ 𝑢))))
5948, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58ballotlemgval 35156 . . 3 ((𝑈 ∈ Fin ∧ (𝑉 ∪ 𝑊) ∈ Fin) → (𝑈 ↑ (𝑉 ∪ 𝑊)) = ((♯‘((𝑉 ∪ 𝑊) ∩ 𝑈)) − (♯‘((𝑉 ∪ 𝑊) ∖ 𝑈))))
6045, 47, 59syl2anc 596 . 2 (𝜑 → (𝑈 ↑ (𝑉 ∪ 𝑊)) = ((♯‘((𝑉 ∪ 𝑊) ∩ 𝑈)) − (♯‘((𝑉 ∪ 𝑊) ∖ 𝑈))))
6148, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58ballotlemgval 35156 . . . 4 ((𝑈 ∈ Fin ∧ 𝑉 ∈ Fin) → (𝑈 ↑ 𝑉) = ((♯‘(𝑉 ∩ 𝑈)) − (♯‘(𝑉 ∖ 𝑈))))
6245, 3, 61syl2anc 596 . . 3 (𝜑 → (𝑈 ↑ 𝑉) = ((♯‘(𝑉 ∩ 𝑈)) − (♯‘(𝑉 ∖ 𝑈))))
6348, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58ballotlemgval 35156 . . . 4 ((𝑈 ∈ Fin ∧ 𝑊 ∈ Fin) → (𝑈 ↑ 𝑊) = ((♯‘(𝑊 ∩ 𝑈)) − (♯‘(𝑊 ∖ 𝑈))))
6445, 6, 63syl2anc 596 . . 3 (𝜑 → (𝑈 ↑ 𝑊) = ((♯‘(𝑊 ∩ 𝑈)) − (♯‘(𝑊 ∖ 𝑈))))
6562, 64oveq12d 7438 . 2 (𝜑 → ((𝑈 ↑ 𝑉) + (𝑈 ↑ 𝑊)) = (((♯‘(𝑉 ∩ 𝑈)) − (♯‘(𝑉 ∖ 𝑈))) + ((♯‘(𝑊 ∩ 𝑈)) − (♯‘(𝑊 ∖ 𝑈)))))
6644, 60, 653eqtr4d 2806 1 (𝜑 → (𝑈 ↑ (𝑉 ∪ 𝑊)) = ((𝑈 ↑ 𝑉) + (𝑈 ↑ 𝑊)))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  ∀wral 3077  {crab 3413   ∖ cdif 3896   ∪ cun 3897   ∩ cin 3898  ∅c0 4279  ifcif 4482  𝒫 cpw 4557   class class class wbr 5103   ↦ cmpt 5186   “ cima 5654  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420   ∈ cmpo 7422  Fincfn 8973  infcinf 9433  ℝcr 11199  0cc0 11200  1c1 11201   + caddc 11203   < clt 11343   ≤ cle 11344   − cmin 11541   / cdiv 11973  ℕcn 12335  ℕ0cn0 12606  ℤcz 12693  ...cfz 13639  ♯chash 14474
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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7751  ax-cnex 11256  ax-resscn 11257  ax-1cn 11258  ax-icn 11259  ax-addcl 11260  ax-addrcl 11261  ax-mulcl 11262  ax-mulrcl 11263  ax-mulcom 11264  ax-addass 11265  ax-mulass 11266  ax-distr 11267  ax-i2m1 11268  ax-1ne0 11269  ax-1rid 11270  ax-rnegex 11271  ax-rrecex 11272  ax-cnre 11273  ax-pre-lttri 11274  ax-pre-lttrn 11275  ax-pre-ltadd 11276  ax-pre-mulgt0 11277
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 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-frecs 8299  df-wrecs 8330  df-recs 8379  df-rdg 8418  df-1o 8476  df-oadd 8480  df-er 8717  df-en 8974  df-dom 8975  df-sdom 8976  df-fin 8977  df-dju 9982  df-card 10020  df-pnf 11345  df-mnf 11346  df-xr 11347  df-ltxr 11348  df-le 11349  df-sub 11543  df-neg 11544  df-nn 12336  df-n0 12607  df-z 12694  df-uz 12966  df-hash 14475
This theorem is used by:  ballotlemfrceq  35161
  Copyright terms: Public domain W3C validator