Theorem ballotlemrc 34509

Description: Range of 𝑅. (Contributed by Thierry Arnoux, 19-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))

Assertion

Ref	Expression
ballotlemrc	⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑅‘𝐶) ∈ (𝑂 ∖ 𝐸))

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,𝑐   𝐸,𝑐   𝑖,𝐼,𝑐   𝑆,𝑘,𝑖,𝑐   𝑅,𝑖

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

Proof of Theorem ballotlemrc

Dummy variables 𝑣 𝑢 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	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		ballotth.e	. . 3 ⊢ 𝐸 = {𝑐 ∈ 𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹‘𝑐)‘𝑖)}
7		ballotth.mgtn	. . 3 ⊢ 𝑁 < 𝑀
8		ballotth.i	. . 3 ⊢ 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
9		ballotth.s	. . 3 ⊢ 𝑆 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ (𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ↦ if(𝑖 ≤ (𝐼‘𝑐), (((𝐼‘𝑐) + 1) − 𝑖), 𝑖)))
10		ballotth.r	. . 3 ⊢ 𝑅 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
11	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10	ballotlemro 34501	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑅‘𝐶) ∈ 𝑂)
12	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8	ballotlemiex 34480	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))
13	12	simpld 494	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
14		eqid 2735	. . . . 5 ⊢ (𝑢 ∈ Fin, 𝑣 ∈ Fin ↦ ((♯‘(𝑣 ∩ 𝑢)) − (♯‘(𝑣 ∖ 𝑢)))) = (𝑢 ∈ Fin, 𝑣 ∈ Fin ↦ ((♯‘(𝑣 ∩ 𝑢)) − (♯‘(𝑣 ∖ 𝑢))))
15	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 14	ballotlemfrci 34506	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘(𝐼‘𝐶)) = 0)
16		0le0 12339	. . . 4 ⊢ 0 ≤ 0
17	15, 16	eqbrtrdi 5158	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘(𝐼‘𝐶)) ≤ 0)
18		fveq2 6875	. . . . 5 ⊢ (𝑖 = (𝐼‘𝐶) → ((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘𝑖) = ((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘(𝐼‘𝐶)))
19	18	breq1d 5129	. . . 4 ⊢ (𝑖 = (𝐼‘𝐶) → (((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘𝑖) ≤ 0 ↔ ((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘(𝐼‘𝐶)) ≤ 0))
20	19	rspcev 3601	. . 3 ⊢ (((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘(𝐼‘𝐶)) ≤ 0) → ∃𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘𝑖) ≤ 0)
21	13, 17, 20	syl2anc 584	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ∃𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘𝑖) ≤ 0)
22	1, 2, 3, 4, 5, 6	ballotlemodife 34476	. 2 ⊢ ((𝑅‘𝐶) ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↔ ((𝑅‘𝐶) ∈ 𝑂 ∧ ∃𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘𝑖) ≤ 0))
23	11, 21, 22	sylanbrc 583	1 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑅‘𝐶) ∈ (𝑂 ∖ 𝐸))

Syntax hints:   → wi 4   = wceq 1540   ∈ wcel 2108  ∀wral 3051  ∃wrex 3060  {crab 3415   ∖ cdif 3923   ∩ cin 3925  ifcif 4500  𝒫 cpw 4575   class class class wbr 5119   ↦ cmpt 5201   “ cima 5657  ‘cfv 6530  (class class class)co 7403   ∈ cmpo 7405  Fincfn 8957  infcinf 9451  ℝcr 11126  0cc0 11127  1c1 11128   + caddc 11130   < clt 11267   ≤ cle 11268   − cmin 11464   / cdiv 11892  ℕcn 12238  ℤcz 12586  ...cfz 13522  ♯chash 14346

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2707  ax-rep 5249  ax-sep 5266  ax-nul 5276  ax-pow 5335  ax-pr 5402  ax-un 7727  ax-cnex 11183  ax-resscn 11184  ax-1cn 11185  ax-icn 11186  ax-addcl 11187  ax-addrcl 11188  ax-mulcl 11189  ax-mulrcl 11190  ax-mulcom 11191  ax-addass 11192  ax-mulass 11193  ax-distr 11194  ax-i2m1 11195  ax-1ne0 11196  ax-1rid 11197  ax-rnegex 11198  ax-rrecex 11199  ax-cnre 11200  ax-pre-lttri 11201  ax-pre-lttrn 11202  ax-pre-ltadd 11203  ax-pre-mulgt0 11204

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2714  df-cleq 2727  df-clel 2809  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rmo 3359  df-reu 3360  df-rab 3416  df-v 3461  df-sbc 3766  df-csb 3875  df-dif 3929  df-un 3931  df-in 3933  df-ss 3943  df-pss 3946  df-nul 4309  df-if 4501  df-pw 4577  df-sn 4602  df-pr 4604  df-op 4608  df-uni 4884  df-int 4923  df-iun 4969  df-br 5120  df-opab 5182  df-mpt 5202  df-tr 5230  df-id 5548  df-eprel 5553  df-po 5561  df-so 5562  df-fr 5606  df-we 5608  df-xp 5660  df-rel 5661  df-cnv 5662  df-co 5663  df-dm 5664  df-rn 5665  df-res 5666  df-ima 5667  df-pred 6290  df-ord 6355  df-on 6356  df-lim 6357  df-suc 6358  df-iota 6483  df-fun 6532  df-fn 6533  df-f 6534  df-f1 6535  df-fo 6536  df-f1o 6537  df-fv 6538  df-riota 7360  df-ov 7406  df-oprab 7407  df-mpo 7408  df-om 7860  df-1st 7986  df-2nd 7987  df-frecs 8278  df-wrecs 8309  df-recs 8383  df-rdg 8422  df-1o 8478  df-oadd 8482  df-er 8717  df-en 8958  df-dom 8959  df-sdom 8960  df-fin 8961  df-sup 9452  df-inf 9453  df-dju 9913  df-card 9951  df-pnf 11269  df-mnf 11270  df-xr 11271  df-ltxr 11272  df-le 11273  df-sub 11466  df-neg 11467  df-nn 12239  df-2 12301  df-n0 12500  df-z 12587  df-uz 12851  df-rp 13007  df-fz 13523  df-hash 14347

This theorem is referenced by:  ballotlemirc  34510  ballotlemrinv0  34511  ballotlem7  34514