Theorem ballotlemrinv 34474

Description: 𝑅 is its own inverse : it is an involution. (Contributed by Thierry Arnoux, 10-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
ballotlemrinv	⊢ ◡𝑅 = 𝑅

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   𝑖,𝐸,𝑘   𝑘,𝐼,𝑐   𝐸,𝑐   𝑖,𝐼,𝑐   𝑆,𝑘,𝑖,𝑐   𝑅,𝑖,𝑘   𝑥,𝑐,𝐹   𝑥,𝑀   𝑥,𝑁,𝑖,𝑘

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

Proof of Theorem ballotlemrinv

Dummy variable 𝑑 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ballotth.m	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑀 ∈ ℕ
2		ballotth.n	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑁 ∈ ℕ
3		ballotth.o	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑂 = {𝑐 ∈ 𝒫 (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ (♯‘𝑐) = 𝑀}
4		ballotth.p	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑃 = (𝑥 ∈ 𝒫 𝑂 ↦ ((♯‘𝑥) / (♯‘𝑂)))
5		ballotth.f	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐹 = (𝑐 ∈ 𝑂 ↦ (𝑖 ∈ ℤ ↦ ((♯‘((1...𝑖) ∩ 𝑐)) − (♯‘((1...𝑖) ∖ 𝑐)))))
6		ballotth.e	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐸 = {𝑐 ∈ 𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹‘𝑐)‘𝑖)}
7		ballotth.mgtn	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑁 < 𝑀
8		ballotth.i	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
9		ballotth.s	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑆 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ (𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ↦ if(𝑖 ≤ (𝐼‘𝑐), (((𝐼‘𝑐) + 1) − 𝑖), 𝑖)))
10		ballotth.r	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑅 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
11	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10	ballotlemrinv0 34473	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑑 = ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)) → (𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑐 = ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑)))
12	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10	ballotlemrinv0 34473	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑐 = ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑)) → (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑑 = ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)))
13	11, 12	impbii 209	. . . . . 6 ⊢ ((𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑑 = ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)) ↔ (𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑐 = ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑)))
14	13	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (⊤ → ((𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑑 = ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)) ↔ (𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑐 = ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑))))
15	14	mptcnv 6125	. . . 4 ⊢ (⊤ → ◡(𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)) = (𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑)))
16	15	mptru 1546	. . 3 ⊢ ◡(𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)) = (𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑))
17		fveq2 6872	. . . . 5 ⊢ (𝑑 = 𝑐 → (𝑆‘𝑑) = (𝑆‘𝑐))
18		id 22	. . . . 5 ⊢ (𝑑 = 𝑐 → 𝑑 = 𝑐)
19	17, 18	imaeq12d 6045	. . . 4 ⊢ (𝑑 = 𝑐 → ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑) = ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
20	19	cbvmptv 5222	. . 3 ⊢ (𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑)) = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
21	16, 20	eqtri 2757	. 2 ⊢ ◡(𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)) = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
22	10	cnveqi 5851	. 2 ⊢ ◡𝑅 = ◡(𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
23	21, 22, 10	3eqtr4i 2767	1 ⊢ ◡𝑅 = 𝑅

Syntax hints:   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1539  ⊤wtru 1540   ∈ wcel 2107  ∀wral 3050  {crab 3413   ∖ cdif 3921   ∩ cin 3923  ifcif 4498  𝒫 cpw 4573   class class class wbr 5116   ↦ cmpt 5198  ^◡ccnv 5650   “ cima 5654  ‘cfv 6527  (class class class)co 7399  infcinf 9447  ℝcr 11120  0cc0 11121  1c1 11122   + caddc 11124   < clt 11261   ≤ cle 11262   − cmin 11458   / cdiv 11886  ℕcn 12232  ℤcz 12580  ...cfz 13513  ♯chash 14336

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1794  ax-4 1808  ax-5 1909  ax-6 1966  ax-7 2006  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2140  ax-11 2156  ax-12 2176  ax-ext 2706  ax-rep 5246  ax-sep 5263  ax-nul 5273  ax-pow 5332  ax-pr 5399  ax-un 7723  ax-cnex 11177  ax-resscn 11178  ax-1cn 11179  ax-icn 11180  ax-addcl 11181  ax-addrcl 11182  ax-mulcl 11183  ax-mulrcl 11184  ax-mulcom 11185  ax-addass 11186  ax-mulass 11187  ax-distr 11188  ax-i2m1 11189  ax-1ne0 11190  ax-1rid 11191  ax-rnegex 11192  ax-rrecex 11193  ax-cnre 11194  ax-pre-lttri 11195  ax-pre-lttrn 11196  ax-pre-ltadd 11197  ax-pre-mulgt0 11198

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1779  df-nf 1783  df-sb 2064  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2726  df-clel 2808  df-nfc 2884  df-ne 2932  df-nel 3036  df-ral 3051  df-rex 3060  df-rmo 3357  df-reu 3358  df-rab 3414  df-v 3459  df-sbc 3764  df-csb 3873  df-dif 3927  df-un 3929  df-in 3931  df-ss 3941  df-pss 3944  df-nul 4307  df-if 4499  df-pw 4575  df-sn 4600  df-pr 4602  df-op 4606  df-uni 4881  df-int 4920  df-iun 4966  df-br 5117  df-opab 5179  df-mpt 5199  df-tr 5227  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-we 5605  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 6287  df-ord 6352  df-on 6353  df-lim 6354  df-suc 6355  df-iota 6480  df-fun 6529  df-fn 6530  df-f 6531  df-f1 6532  df-fo 6533  df-f1o 6534  df-fv 6535  df-riota 7356  df-ov 7402  df-oprab 7403  df-mpo 7404  df-om 7856  df-1st 7982  df-2nd 7983  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8379  df-rdg 8418  df-1o 8474  df-oadd 8478  df-er 8713  df-en 8954  df-dom 8955  df-sdom 8956  df-fin 8957  df-sup 9448  df-inf 9449  df-dju 9907  df-card 9945  df-pnf 11263  df-mnf 11264  df-xr 11265  df-ltxr 11266  df-le 11267  df-sub 11460  df-neg 11461  df-nn 12233  df-2 12295  df-n0 12494  df-z 12581  df-uz 12845  df-rp 13001  df-fz 13514  df-hash 14337

This theorem is referenced by:  ballotlem7  34476