Theorem ballotlemro 35037

Description: Range of 𝑅 is included in 𝑂. (Contributed by Thierry Arnoux, 17-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
ballotlemro	⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑅‘𝐶) ∈ 𝑂)

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

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

Proof of Theorem ballotlemro

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		ballotth.s	. . . 4 ⊢ 𝑆 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ (𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ↦ if(𝑖 ≤ (𝐼‘𝑐), (((𝐼‘𝑐) + 1) − 𝑖), 𝑖)))
10		ballotth.r	. . . 4 ⊢ 𝑅 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
11	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10	ballotlemrval 35032	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑅‘𝐶) = ((𝑆‘𝐶) “ 𝐶))
12		imassrn 6067	. . . 4 ⊢ ((𝑆‘𝐶) “ 𝐶) ⊆ ran (𝑆‘𝐶)
13	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9	ballotlemsf1o 35028	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝑆‘𝐶):(1...(𝑀 + 𝑁))–1-1-onto→(1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ◡(𝑆‘𝐶) = (𝑆‘𝐶)))
14	13	simpld 500	. . . . 5 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑆‘𝐶):(1...(𝑀 + 𝑁))–1-1-onto→(1...(𝑀 + 𝑁)))
15		f1ofo 6826	. . . . 5 ⊢ ((𝑆‘𝐶):(1...(𝑀 + 𝑁))–1-1-onto→(1...(𝑀 + 𝑁)) → (𝑆‘𝐶):(1...(𝑀 + 𝑁))–onto→(1...(𝑀 + 𝑁)))
16		forn 6793	. . . . 5 ⊢ ((𝑆‘𝐶):(1...(𝑀 + 𝑁))–onto→(1...(𝑀 + 𝑁)) → ran (𝑆‘𝐶) = (1...(𝑀 + 𝑁)))
17	14, 15, 16	3syl 19	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ran (𝑆‘𝐶) = (1...(𝑀 + 𝑁)))
18	12, 17	sseqtrid 3973	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝑆‘𝐶) “ 𝐶) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
19	11, 18	eqsstrd 3965	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑅‘𝐶) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
20		f1of1 6817	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑆‘𝐶):(1...(𝑀 + 𝑁))–1-1-onto→(1...(𝑀 + 𝑁)) → (𝑆‘𝐶):(1...(𝑀 + 𝑁))–1-1→(1...(𝑀 + 𝑁)))
21	14, 20	syl 18	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑆‘𝐶):(1...(𝑀 + 𝑁))–1-1→(1...(𝑀 + 𝑁)))
22		eldifi 4078	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 𝐶 ∈ 𝑂)
23	1, 2, 3	ballotlemelo 35002	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐶 ∈ 𝑂 ↔ (𝐶 ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ (♯‘𝐶) = 𝑀))
24	22, 23	sylib 221	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐶 ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ (♯‘𝐶) = 𝑀))
25	24	simpld 500	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 𝐶 ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
26		id 23	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸))
27		f1imaeng 9023	. . . . . 6 ⊢ (((𝑆‘𝐶):(1...(𝑀 + 𝑁))–1-1→(1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ 𝐶 ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ 𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸)) → ((𝑆‘𝐶) “ 𝐶) ≈ 𝐶)
28	21, 25, 26, 27	syl3anc 1398	. . . . 5 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝑆‘𝐶) “ 𝐶) ≈ 𝐶)
29	11, 28	eqbrtrd 5127	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑅‘𝐶) ≈ 𝐶)
30		hasheni 14415	. . . 4 ⊢ ((𝑅‘𝐶) ≈ 𝐶 → (♯‘(𝑅‘𝐶)) = (♯‘𝐶))
31	29, 30	syl 18	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (♯‘(𝑅‘𝐶)) = (♯‘𝐶))
32	24	simprd 501	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (♯‘𝐶) = 𝑀)
33	31, 32	eqtrd 2795	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (♯‘(𝑅‘𝐶)) = 𝑀)
34	1, 2, 3	ballotlemelo 35002	. 2 ⊢ ((𝑅‘𝐶) ∈ 𝑂 ↔ ((𝑅‘𝐶) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ (♯‘(𝑅‘𝐶)) = 𝑀))
35	19, 33, 34	sylanbrc 595	1 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑅‘𝐶) ∈ 𝑂)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  ∀wral 3076  {crab 3412   ∖ cdif 3896   ∩ cin 3898   ⊆ wss 3899  ifcif 4482  𝒫 cpw 4557   class class class wbr 5103   ↦ cmpt 5186  ^◡ccnv 5654  ran crn 5656   “ cima 5658  –1-1→wf1 6530  –onto→wfo 6531  –1-1-onto→wf1o 6532  ‘cfv 6533  (class class class)co 7414   ≈ cen 8952  infcinf 9414  ℝcr 11126  0cc0 11127  1c1 11128   + caddc 11130   < clt 11270   ≤ cle 11271   − cmin 11468   / cdiv 11898  ℕcn 12260  ℤcz 12618  ...cfz 13564  ♯chash 14397

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2732  ax-rep 5232  ax-sep 5251  ax-nul 5263  ax-pow 5330  ax-pr 5398  ax-un 7737  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 proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  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 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6299  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6489  df-fun 6535  df-fn 6536  df-f 6537  df-f1 6538  df-fo 6539  df-f1o 6540  df-fv 6541  df-riota 7371  df-ov 7417  df-oprab 7418  df-mpo 7419  df-om 7864  df-1st 7987  df-2nd 7988  df-frecs 8281  df-wrecs 8312  df-recs 8361  df-rdg 8400  df-1o 8458  df-oadd 8462  df-er 8699  df-en 8956  df-dom 8957  df-sdom 8958  df-fin 8959  df-sup 9415  df-inf 9416  df-dju 9909  df-card 9947  df-pnf 11272  df-mnf 11273  df-xr 11274  df-ltxr 11275  df-le 11276  df-sub 11470  df-neg 11471  df-nn 12261  df-2 12330  df-n0 12532  df-z 12619  df-uz 12891  df-rp 13046  df-fz 13565  df-hash 14398

This theorem is used by:  ballotlemfrc  35041  ballotlemfrceq  35043  ballotlemfrcn0  35044  ballotlemrc  35045