Theorem ballotlemiex 31105

Description: Properties of (𝐼‘𝐶). (Contributed by Thierry Arnoux, 12-Dec-2016.) (Revised by AV, 6-Oct-2020.)

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
ballotlemiex	⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 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   𝐶,𝑖,𝑘   𝑖,𝐸,𝑘   𝐶,𝑘   𝑘,𝐼   𝑘,𝑐,𝐸

Allowed substitution hints:   𝐶(𝑥,𝑐)   𝑃(𝑥,𝑖,𝑘,𝑐)   𝐸(𝑥)   𝐹(𝑥)   𝐼(𝑥,𝑖,𝑐)   𝑀(𝑥)   𝑁(𝑥)   𝑂(𝑥)

Proof of Theorem ballotlemiex

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ballotth.m	. . . 4 ⊢ 𝑀 ∈ ℕ
2		ballotth.n	. . . 4 ⊢ 𝑁 ∈ ℕ
3		ballotth.o	. . . 4 ⊢ 𝑂 = {𝑐 ∈ 𝒫 (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ (♯‘𝑐) = 𝑀}
4		ballotth.p	. . . 4 ⊢ 𝑃 = (𝑥 ∈ 𝒫 𝑂 ↦ ((♯‘𝑥) / (♯‘𝑂)))
5		ballotth.f	. . . 4 ⊢ 𝐹 = (𝑐 ∈ 𝑂 ↦ (𝑖 ∈ ℤ ↦ ((♯‘((1...𝑖) ∩ 𝑐)) − (♯‘((1...𝑖) ∖ 𝑐)))))
6		ballotth.e	. . . 4 ⊢ 𝐸 = {𝑐 ∈ 𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹‘𝑐)‘𝑖)}
7		ballotth.mgtn	. . . 4 ⊢ 𝑁 < 𝑀
8		ballotth.i	. . . 4 ⊢ 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
9	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8	ballotlemi 31104	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) = inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
10		ltso 10444	. . . . 5 ⊢ < Or ℝ
11	10	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → < Or ℝ)
12		fzfi 13073	. . . . . 6 ⊢ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∈ Fin
13		ssrab2 3914	. . . . . 6 ⊢ {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁))
14		ssfi 8455	. . . . . 6 ⊢ (((1...(𝑀 + 𝑁)) ∈ Fin ∧ {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁))) → {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ∈ Fin)
15	12, 13, 14	mp2an 683	. . . . 5 ⊢ {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ∈ Fin
16	15	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ∈ Fin)
17	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7	ballotlem5 31103	. . . . 5 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0)
18		rabn0 4189	. . . . 5 ⊢ ({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ≠ ∅ ↔ ∃𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0)
19	17, 18	sylibr 226	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ≠ ∅)
20		fzssuz 12682	. . . . . . . 8 ⊢ (1...(𝑀 + 𝑁)) ⊆ (ℤ≥‘1)
21		uzssz 11995	. . . . . . . 8 ⊢ (ℤ≥‘1) ⊆ ℤ
22	20, 21	sstri 3836	. . . . . . 7 ⊢ (1...(𝑀 + 𝑁)) ⊆ ℤ
23		zssre 11718	. . . . . . 7 ⊢ ℤ ⊆ ℝ
24	22, 23	sstri 3836	. . . . . 6 ⊢ (1...(𝑀 + 𝑁)) ⊆ ℝ
25	13, 24	sstri 3836	. . . . 5 ⊢ {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ⊆ ℝ
26	25	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ⊆ ℝ)
27		fiinfcl 8682	. . . 4 ⊢ (( < Or ℝ ∧ ({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ∈ Fin ∧ {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ≠ ∅ ∧ {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ⊆ ℝ)) → inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ) ∈ {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0})
28	11, 16, 19, 26, 27	syl13anc 1495	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ) ∈ {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0})
29	9, 28	eqeltrd 2906	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0})
30		fveqeq2 6446	. . 3 ⊢ (𝑘 = (𝐼‘𝐶) → (((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0 ↔ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))
31	30	elrab 3585	. 2 ⊢ ((𝐼‘𝐶) ∈ {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ↔ ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))
32	29, 31	sylib 210	1 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 386   = wceq 1656   ∈ wcel 2164   ≠ wne 2999  ∀wral 3117  ∃wrex 3118  {crab 3121   ∖ cdif 3795   ∩ cin 3797   ⊆ wss 3798  ∅c0 4146  𝒫 cpw 4380   class class class wbr 4875   ↦ cmpt 4954   Or wor 5264  ‘cfv 6127  (class class class)co 6910  Fincfn 8228  infcinf 8622  ℝcr 10258  0cc0 10259  1c1 10260   + caddc 10262   < clt 10398   − cmin 10592   / cdiv 11016  ℕcn 11357  ℤcz 11711  ℤ_≥cuz 11975  ...cfz 12626  ♯chash 13417

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1894  ax-4 1908  ax-5 2009  ax-6 2075  ax-7 2112  ax-8 2166  ax-9 2173  ax-10 2192  ax-11 2207  ax-12 2220  ax-13 2389  ax-ext 2803  ax-rep 4996  ax-sep 5007  ax-nul 5015  ax-pow 5067  ax-pr 5129  ax-un 7214  ax-cnex 10315  ax-resscn 10316  ax-1cn 10317  ax-icn 10318  ax-addcl 10319  ax-addrcl 10320  ax-mulcl 10321  ax-mulrcl 10322  ax-mulcom 10323  ax-addass 10324  ax-mulass 10325  ax-distr 10326  ax-i2m1 10327  ax-1ne0 10328  ax-1rid 10329  ax-rnegex 10330  ax-rrecex 10331  ax-cnre 10332  ax-pre-lttri 10333  ax-pre-lttrn 10334  ax-pre-ltadd 10335  ax-pre-mulgt0 10336

This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 879  df-3or 1112  df-3an 1113  df-tru 1660  df-ex 1879  df-nf 1883  df-sb 2068  df-mo 2605  df-eu 2640  df-clab 2812  df-cleq 2818  df-clel 2821  df-nfc 2958  df-ne 3000  df-nel 3103  df-ral 3122  df-rex 3123  df-reu 3124  df-rmo 3125  df-rab 3126  df-v 3416  df-sbc 3663  df-csb 3758  df-dif 3801  df-un 3803  df-in 3805  df-ss 3812  df-pss 3814  df-nul 4147  df-if 4309  df-pw 4382  df-sn 4400  df-pr 4402  df-tp 4404  df-op 4406  df-uni 4661  df-int 4700  df-iun 4744  df-br 4876  df-opab 4938  df-mpt 4955  df-tr 4978  df-id 5252  df-eprel 5257  df-po 5265  df-so 5266  df-fr 5305  df-we 5307  df-xp 5352  df-rel 5353  df-cnv 5354  df-co 5355  df-dm 5356  df-rn 5357  df-res 5358  df-ima 5359  df-pred 5924  df-ord 5970  df-on 5971  df-lim 5972  df-suc 5973  df-iota 6090  df-fun 6129  df-fn 6130  df-f 6131  df-f1 6132  df-fo 6133  df-f1o 6134  df-fv 6135  df-riota 6871  df-ov 6913  df-oprab 6914  df-mpt2 6915  df-om 7332  df-1st 7433  df-2nd 7434  df-wrecs 7677  df-recs 7739  df-rdg 7777  df-1o 7831  df-oadd 7835  df-er 8014  df-en 8229  df-dom 8230  df-sdom 8231  df-fin 8232  df-sup 8623  df-inf 8624  df-card 9085  df-cda 9312  df-pnf 10400  df-mnf 10401  df-xr 10402  df-ltxr 10403  df-le 10404  df-sub 10594  df-neg 10595  df-nn 11358  df-2 11421  df-n0 11626  df-z 11712  df-uz 11976  df-fz 12627  df-hash 13418

This theorem is referenced by:  ballotlemi1  31106  ballotlemii  31107  ballotlemimin  31109  ballotlemic  31110  ballotlem1c  31111  ballotlemsgt1  31114  ballotlemsdom  31115  ballotlemsel1i  31116  ballotlemsf1o  31117  ballotlemsi  31118  ballotlemsima  31119  ballotlemrv2  31125  ballotlemfrc  31130  ballotlemfrci  31131  ballotlemfrceq  31132  ballotlemfrcn0  31133  ballotlemrc  31134  ballotlemirc  31135  ballotlem1ri  31138