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 35186
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 4067 . . . 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 35181 . . . . . . . . 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 13691 . . . . . . . 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 35182 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (𝐼‘𝐶) ≠ 1)
17 eluz2b3 13053 . . . . . 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 13054 . . . . 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 13009 . . . . . . 7 (((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℕ ↔ ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ (ℤ≥‘1))
2322biimpi 219 . . . . . 6 (((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℕ → ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ (ℤ≥‘1))
24 eluzfz1 13668 . . . . . 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 12350 . . . . . . . . . . 11 1 ∈ ℕ
2827a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 1 ∈ ℕ)
291, 2, 3, 4, 5, 6, 28ballotlemfp1 35171 . . . . . . . . 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 12419 . . . . . . . . . 10 (1 − 1) = 0
3332fveq2i 6889 . . . . . . . . 9 ((𝐹‘𝐶)‘(1 − 1)) = ((𝐹‘𝐶)‘0)
3433oveq1i 7431 . . . . . . . 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 35175 . . . . . . . . . 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 7436 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (((𝐹‘𝐶)‘0) − 1) = (0 − 1))
4031, 35, 393eqtrrd 2800 . . . . . 6 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ 1 ∈ 𝐶) → (0 − 1) = ((𝐹‘𝐶)‘1))
41 0le1 11843 . . . . . . 7 0 ≤ 1
42 0re 11314 . . . . . . . 8 0 ∈ ℝ
43 1re 11312 . . . . . . . 8 1 ∈ ℝ
44 suble0 11834 . . . . . . . 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 5144 . . . . 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 6886 . . . . . 6 (𝑖 = 1 → ((𝐹‘𝐶)‘𝑖) = ((𝐹‘𝐶)‘1))
5049breq1d 5112 . . . . 5 (𝑖 = 1 → (((𝐹‘𝐶)‘𝑖) ≤ 0 ↔ ((𝐹‘𝐶)‘1) ≤ 0))
5150rspcev 3576 . . . 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 11842 . . . . 5 0 < 1
54 1p0e1 12469 . . . . . 6 (1 + 0) = 1
551, 2, 3, 4, 5, 6, 14ballotlemfp1 35171 . . . . . . . . . 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 2797 . . . . . . 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 12723 . . . . . . . . . . . 12 (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
6362adantr 486 . . . . . . . . . . 11 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
64 1zzd 12731 . . . . . . . . . . 11 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 1 ∈ ℤ)
6563, 64zsubcld 12812 . . . . . . . . . 10 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐼‘𝐶) − 1) ∈ ℤ)
661, 2, 3, 4, 5, 61, 65ballotlemfelz 35170 . . . . . . . . 9 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) ∈ ℤ)
6766zcnd 12808 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)) ∈ ℂ)
68 1cnd 11306 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 1 ∈ ℂ)
69 0cnd 11303 . . . . . . . 8 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 0 ∈ ℂ)
7067, 68, 69subaddd 11691 . . . . . . 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 2809 . . . . 5 ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ ¬ (𝐼‘𝐶) ∈ 𝐶) → 1 = ((𝐹‘𝐶)‘((𝐼‘𝐶) − 1)))
7353, 72breqtrid 5141 . . . 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 35172 . 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 35185 . . 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 1569   ∈ wcel 2144   ≠ wne 2955  ∀wral 3076  ∃wrex 3086  {crab 3412   ∖ cdif 4045   ∩ cin 4089  𝒫 cpw 4556   class class class wbr 5102   ↦ cmpt 5185  ‘cfv 6539  (class class class)co 7421  infcinf 9437  ℝcr 11203  0cc0 11204  1c1 11205   + caddc 11207   < clt 11347   ≤ cle 11348   − cmin 11545   / cdiv 11977  ℕcn 12339  2c2 12401  ℤcz 12697  ℤ≥cuz 12969  ...cfz 13643  ♯chash 14478
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7752  ax-cnex 11260  ax-resscn 11261  ax-1cn 11262  ax-icn 11263  ax-addcl 11264  ax-addrcl 11265  ax-mulcl 11266  ax-mulrcl 11267  ax-mulcom 11268  ax-addass 11269  ax-mulass 11270  ax-distr 11271  ax-i2m1 11272  ax-1ne0 11273  ax-1rid 11274  ax-rnegex 11275  ax-rrecex 11276  ax-cnre 11277  ax-pre-lttri 11278  ax-pre-lttrn 11279  ax-pre-ltadd 11280  ax-pre-mulgt0 11281
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6541  df-fn 6542  df-f 6543  df-f1 6544  df-fo 6545  df-f1o 6546  df-fv 6547  df-riota 7378  df-ov 7424  df-oprab 7425  df-mpo 7426  df-om 7879  df-1st 8002  df-2nd 8003  df-frecs 8303  df-wrecs 8334  df-recs 8383  df-rdg 8422  df-1o 8480  df-oadd 8484  df-er 8721  df-en 8978  df-dom 8979  df-sdom 8980  df-fin 8981  df-sup 9438  df-inf 9439  df-dju 9986  df-card 10024  df-pnf 11349  df-mnf 11350  df-xr 11351  df-ltxr 11352  df-le 11353  df-sub 11547  df-neg 11548  df-nn 12340  df-2 12409  df-n0 12611  df-z 12698  df-uz 12970  df-fz 13644  df-hash 14479
This theorem is used by:  ballotlem7  35215
  Copyright terms: Public domain W3C validator