Theorem ballotlemiex 34743

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 34742	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) = inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
10		ltso 11249	. . . . 5 ⊢ < Or ℝ
11	10	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → < Or ℝ)
12		fzfi 13971	. . . . . 6 ⊢ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∈ Fin
13		ssrab2 4024	. . . . . 6 ⊢ {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁))
14		ssfi 9126	. . . . . 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 700	. . . . 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 34741	. . . . 5 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ∃𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0)
18		rabn0 4333	. . . . 5 ⊢ ({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ≠ ∅ ↔ ∃𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0)
19	17, 18	sylibr 236	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0} ≠ ∅)
20		fzssuz 13556	. . . . . . . 8 ⊢ (1...(𝑀 + 𝑁)) ⊆ (ℤ≥‘1)
21		uzssz 12846	. . . . . . . 8 ⊢ (ℤ≥‘1) ⊆ ℤ
22	20, 21	sstri 3936	. . . . . . 7 ⊢ (1...(𝑀 + 𝑁)) ⊆ ℤ
23		zssre 12561	. . . . . . 7 ⊢ ℤ ⊆ ℝ
24	22, 23	sstri 3936	. . . . . 6 ⊢ (1...(𝑀 + 𝑁)) ⊆ ℝ
25	13, 24	sstri 3936	. . . . 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 9435	. . . 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 1383	. . 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 2852	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ {𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0})
30		fveqeq2 6861	. . 3 ⊢ (𝑘 = (𝐼‘𝐶) → (((𝐹‘𝐶)‘𝑘) = 0 ↔ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))
31	30	elrab 3641	. 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 220	1 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 398   = wceq 1550   ∈ wcel 2132   ≠ wne 2947  ∀wral 3066  ∃wrex 3076  {crab 3404   ∖ cdif 3892   ∩ cin 3894   ⊆ wss 3895  ∅c0 4276  𝒫 cpw 4545   class class class wbr 5090   ↦ cmpt 5171   Or wor 5543  ‘cfv 6506  (class class class)co 7381  Fincfn 8912  infcinf 9373  ℝcr 11058  0cc0 11059  1c1 11060   + caddc 11062   < clt 11202   − cmin 11400   / cdiv 11830  ℕcn 12196  ℤcz 12554  ℤ_≥cuz 12825  ...cfz 13498  ♯chash 14329

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1805  ax-4 1819  ax-5 1920  ax-6 1977  ax-7 2018  ax-8 2134  ax-9 2142  ax-10 2165  ax-11 2181  ax-12 2202  ax-ext 2724  ax-rep 5217  ax-sep 5236  ax-nul 5246  ax-pow 5312  ax-pr 5380  ax-un 7703  ax-cnex 11115  ax-resscn 11116  ax-1cn 11117  ax-icn 11118  ax-addcl 11119  ax-addrcl 11120  ax-mulcl 11121  ax-mulrcl 11122  ax-mulcom 11123  ax-addass 11124  ax-mulass 11125  ax-distr 11126  ax-i2m1 11127  ax-1ne0 11128  ax-1rid 11129  ax-rnegex 11130  ax-rrecex 11131  ax-cnre 11132  ax-pre-lttri 11133  ax-pre-lttrn 11134  ax-pre-ltadd 11135  ax-pre-mulgt0 11136

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 857  df-3or 1096  df-3an 1097  df-tru 1553  df-fal 1563  df-ex 1790  df-nf 1794  df-sb 2081  df-mo 2556  df-eu 2586  df-clab 2731  df-cleq 2744  df-clel 2827  df-nfc 2901  df-ne 2948  df-nel 3052  df-ral 3067  df-rex 3077  df-rmo 3357  df-reu 3358  df-rab 3405  df-v 3446  df-sbc 3736  df-csb 3844  df-dif 3898  df-un 3900  df-in 3902  df-ss 3912  df-pss 3915  df-nul 4277  df-if 4471  df-pw 4547  df-sn 4573  df-pr 4575  df-op 4579  df-uni 4856  df-int 4896  df-iun 4941  df-br 5091  df-opab 5153  df-mpt 5172  df-tr 5198  df-id 5531  df-eprel 5536  df-po 5544  df-so 5545  df-fr 5589  df-we 5591  df-xp 5642  df-rel 5643  df-cnv 5644  df-co 5645  df-dm 5646  df-rn 5647  df-res 5648  df-ima 5649  df-pred 6273  df-ord 6334  df-on 6335  df-lim 6336  df-suc 6337  df-iota 6462  df-fun 6508  df-fn 6509  df-f 6510  df-f1 6511  df-fo 6512  df-f1o 6513  df-fv 6514  df-riota 7338  df-ov 7384  df-oprab 7385  df-mpo 7386  df-om 7832  df-1st 7955  df-2nd 7956  df-frecs 8246  df-wrecs 8277  df-recs 8326  df-rdg 8365  df-1o 8421  df-oadd 8425  df-er 8662  df-en 8913  df-dom 8914  df-sdom 8915  df-fin 8916  df-sup 9374  df-inf 9375  df-dju 9845  df-card 9883  df-pnf 11204  df-mnf 11205  df-xr 11206  df-ltxr 11207  df-le 11208  df-sub 11402  df-neg 11403  df-nn 12197  df-2 12266  df-n0 12468  df-z 12555  df-uz 12826  df-fz 13499  df-hash 14330

This theorem is referenced by:  ballotlemi1  34744  ballotlemii  34745  ballotlemimin  34747  ballotlemic  34748  ballotlem1c  34749  ballotlemsgt1  34752  ballotlemsdom  34753  ballotlemsel1i  34754  ballotlemsf1o  34755  ballotlemsi  34756  ballotlemsima  34757  ballotlemrv2  34763  ballotlemfrc  34768  ballotlemfrci  34769  ballotlemfrceq  34770  ballotlemfrcn0  34771  ballotlemrc  34772  ballotlemirc  34773  ballotlem1ri  34776