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

Theorem ballotlemic 35132
Description: If the first vote is for B, the vote on the first tie is for A. (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
ballotth.i 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
Assertion
Ref Expression
ballotlemic ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 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   𝑘,𝑐,𝐸   𝑖,𝐼
Allowed substitution hints:   𝐶(𝑥, 𝑐)   𝑃(𝑥, 𝑖, 𝑘, 𝑐)   𝐸(𝑥)   𝐹(𝑥)   𝐼(𝑥, 𝑐)   𝑀(𝑥)   𝑁(𝑥)   𝑂(𝑥)

Proof of Theorem ballotlemic
StepHypRef 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 4078 . . . 4 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 𝐶 ∈ 𝑂)
76ad2antrr 739 . . 3 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 𝐶 ∈ 𝑂)
8 ballotth.e . . . . . . . . . 10 𝐸 = {𝑐 ∈ 𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹‘𝑐)‘𝑖)}
9 ballotth.mgtn . . . . . . . . . 10 𝑁 < 𝑀
10 ballotth.i . . . . . . . . . 10 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
111, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10ballotlemiex 35127 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))
1211simpld 500 . . . . . . . 8 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
13 elfznn 13680 . . . . . . . 8 ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℕ)
1412, 13syl 18 . . . . . . 7 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℕ)
1514adantr 486 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℕ)
161, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10ballotlemi1 35128 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (𝐼‘𝐶) ≠ 1)
17 eluz2b3 13042 . . . . . 6 ((𝐼‘𝐶) ∈ (ℤ≥‘2) ↔ ((𝐼‘𝐶) ∈ ℕ ∧ (𝐼‘𝐶) ≠ 1))
1815, 16, 17sylanbrc 595 . . . . 5 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (𝐼‘𝐶) ∈ (ℤ≥‘2))
19 uz2m1nn 13043 . . . . 5 ((𝐼‘𝐶) ∈ (ℤ≥‘2) → ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℕ)
2018, 19syl 18 . . . 4 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℕ)
2120adantr 486 . . 3 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℕ)
22 elnnuz 12998 . . . . . . 7 (((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℕ ↔ ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ (ℤ≥‘1))
2322biimpi 219 . . . . . 6 (((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℕ → ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ (ℤ≥‘1))
24 eluzfz1 13657 . . . . . 6 (((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ (ℤ≥‘1) → 1 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1)))
2520, 23, 243syl 19 . . . . 5 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → 1 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1)))
2625adantr 486 . . . 4 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 1 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1)))
27 1nn 12339 . . . . . . . . . . 11 1 ∈ ℕ
2827a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 1 ∈ ℕ)
291, 2, 3, 4, 5, 6, 28ballotlemfp1 35117 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((¬ 1 ∈ 𝐶 → ((𝐹‘𝐶)‘1) = (((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) − 1)) ∧ (1 ∈ 𝐶 → ((𝐹‘𝐶)‘1) = (((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) + 1))))
3029simpld 500 . . . . . . . 8 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (¬ 1 ∈ 𝐶 → ((𝐹‘𝐶)‘1) = (((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) − 1)))
3130imp 412 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘1) = (((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) − 1))
32 1m1e0 12408 . . . . . . . . . 10 (1 − 1) = 0
3332fveq2i 6886 . . . . . . . . 9 ((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) = ((𝐹‘𝐶)‘0)
3433oveq1i 7428 . . . . . . . 8 (((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) − 1) = (((𝐹‘𝐶)‘0) − 1)
3534a1i 11 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) − 1) = (((𝐹‘𝐶)‘0) − 1))
361, 2, 3, 4, 5ballotlemfval0 35121 . . . . . . . . . 10 (𝐶 ∈ 𝑂 → ((𝐹‘𝐶)‘0) = 0)
376, 36syl 18 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐹‘𝐶)‘0) = 0)
3837adantr 486 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘0) = 0)
3938oveq1d 7433 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (((𝐹‘𝐶)‘0) − 1) = (0 − 1))
4031, 35, 393eqtrrd 2801 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (0 − 1) = ((𝐹‘𝐶)‘1))
41 0le1 11832 . . . . . . 7 0 ≤ 1
42 0re 11303 . . . . . . . 8 0 ∈ ℝ
43 1re 11301 . . . . . . . 8 1 ∈ ℝ
44 suble0 11823 . . . . . . . 8 ((0 ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → ((0 − 1) ≤ 0 ↔ 0 ≤ 1))
4542, 43, 44mp2an 705 . . . . . . 7 ((0 − 1) ≤ 0 ↔ 0 ≤ 1)
4641, 45mpbir 234 . . . . . 6 (0 − 1) ≤ 0
4740, 46eqbrtrrdi 5145 . . . . 5 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘1) ≤ 0)
4847adantr 486 . . . 4 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘1) ≤ 0)
49 fveq2 6883 . . . . . 6 (𝑖 = 1 → ((𝐹‘𝐶)‘𝑖) = ((𝐹‘𝐶)‘1))
5049breq1d 5113 . . . . 5 (𝑖 = 1 → (((𝐹‘𝐶)‘𝑖) ≤ 0 ↔ ((𝐹‘𝐶)‘1) ≤ 0))
5150rspcev 3577 . . . 4 ((1 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘1) ≤ 0) → ∃𝑖 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1))((𝐹‘𝐶)‘𝑖) ≤ 0)
5226, 48, 51syl2anc 596 . . 3 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ∃𝑖 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1))((𝐹‘𝐶)‘𝑖) ≤ 0)
53 0lt1 11831 . . . . 5 0 < 1
54 1p0e1 12458 . . . . . 6 (1 + 0) = 1
551, 2, 3, 4, 5, 6, 14ballotlemfp1 35117 . . . . . . . . . 10 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶 → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = (((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) − 1)) ∧ ((𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶 → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = (((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) + 1))))
5655simpld 500 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶 → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = (((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) − 1)))
5756imp 412 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = (((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) − 1))
5811simprd 501 . . . . . . . . 9 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0)
5958adantr 486 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0)
6057, 59eqtr3d 2798 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → (((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) − 1) = 0)
616adantr 486 . . . . . . . . . 10 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 𝐶 ∈ 𝑂)
6214nnzd 12712 . . . . . . . . . . . 12 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
6362adantr 486 . . . . . . . . . . 11 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
64 1zzd 12720 . . . . . . . . . . 11 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 1 ∈ ℤ)
6563, 64zsubcld 12801 . . . . . . . . . 10 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℤ)
661, 2, 3, 4, 5, 61, 65ballotlemfelz 35116 . . . . . . . . 9 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) ∈ ℤ)
6766zcnd 12797 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) ∈ ℂ)
68 1cnd 11295 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 1 ∈ ℂ)
69 0cnd 11292 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 0 ∈ ℂ)
7067, 68, 69subaddd 11680 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) − 1) = 0 ↔ (1 + 0) = ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1))))
7160, 70mpbid 235 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → (1 + 0) = ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)))
7254, 71eqtr3id 2810 . . . . 5 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 1 = ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)))
7353, 72breqtrid 5142 . . . 4 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 0 < ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)))
7473adantlr 728 . . 3 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 0 < ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)))
751, 2, 3, 4, 5, 7, 21, 52, 74ballotlemfc0 35118 . 2 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ∃𝑘 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1))((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0)
761, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10ballotlemimin 35131 . . 3 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ¬ ∃𝑘 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1))((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0)
7776ad2antrr 739 . 2 (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ¬ ∃𝑘 ∈ (1...((𝐼‘𝐶) − 1))((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0)
7875, 77condan 830 1 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶)
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2956  ∀wral 3077  ∃wrex 3087  {crab 3413   ∖ cdif 3896   ∩ cin 3898  𝒫 cpw 4557   class class class wbr 5103   ↦ cmpt 5186  ‘cfv 6537  (class class class)co 7418  infcinf 9426  ℝcr 11192  0cc0 11193  1c1 11194   + caddc 11196   < clt 11336   ≤ cle 11337   − cmin 11534   / cdiv 11966  ℕcn 12328  2c2 12390  ℤcz 12686  ℤ≥cuz 12958  ...cfz 13632  ♯chash 14467
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-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7749  ax-cnex 11249  ax-resscn 11250  ax-1cn 11251  ax-icn 11252  ax-addcl 11253  ax-addrcl 11254  ax-mulcl 11255  ax-mulrcl 11256  ax-mulcom 11257  ax-addass 11258  ax-mulass 11259  ax-distr 11260  ax-i2m1 11261  ax-1ne0 11262  ax-1rid 11263  ax-rnegex 11264  ax-rrecex 11265  ax-cnre 11266  ax-pre-lttri 11267  ax-pre-lttrn 11268  ax-pre-ltadd 11269  ax-pre-mulgt0 11270
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-rmo 3366  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 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-riota 7375  df-ov 7421  df-oprab 7422  df-mpo 7423  df-om 7876  df-1st 7999  df-2nd 8000  df-frecs 8292  df-wrecs 8323  df-recs 8372  df-rdg 8411  df-1o 8469  df-oadd 8473  df-er 8710  df-en 8967  df-dom 8968  df-sdom 8969  df-fin 8970  df-sup 9427  df-inf 9428  df-dju 9975  df-card 10013  df-pnf 11338  df-mnf 11339  df-xr 11340  df-ltxr 11341  df-le 11342  df-sub 11536  df-neg 11537  df-nn 12329  df-2 12398  df-n0 12600  df-z 12687  df-uz 12959  df-fz 13633  df-hash 14468
This theorem is used by:  ballotlem7  35161
  Copyright terms: Public domain W3C validator