Theorem ballotlemro 34980

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 34975	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑅‘𝐶) = ((𝑆‘𝐶) “ 𝐶))
12		imassrn 6075	. . . 4 ⊢ ((𝑆‘𝐶) “ 𝐶) ⊆ ran (𝑆‘𝐶)
13	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9	ballotlemsf1o 34971	. . . . . 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 6832	. . . . 5 ⊢ ((𝑆‘𝐶):(1...(𝑀 + 𝑁))–1-1-onto→(1...(𝑀 + 𝑁)) → (𝑆‘𝐶):(1...(𝑀 + 𝑁))–onto→(1...(𝑀 + 𝑁)))
16		forn 6799	. . . . 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 3980	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝑆‘𝐶) “ 𝐶) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
19	11, 18	eqsstrd 3972	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑅‘𝐶) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
20		f1of1 6823	. . . . . . 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 4085	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 𝐶 ∈ 𝑂)
23	1, 2, 3	ballotlemelo 34945	. . . . . . . 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 9017	. . . . . 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 5135	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑅‘𝐶) ≈ 𝐶)
30		hasheni 14404	. . . 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 2800	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (♯‘(𝑅‘𝐶)) = 𝑀)
34	1, 2, 3	ballotlemelo 34945	. 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 2146  ∀wral 3081  {crab 3418   ∖ cdif 3903   ∩ cin 3905   ⊆ wss 3906  ifcif 4489  𝒫 cpw 4564   class class class wbr 5111   ↦ cmpt 5194  ^◡ccnv 5662  ran crn 5664   “ cima 5666  –1-1→wf1 6537  –onto→wfo 6538  –1-1-onto→wf1o 6539  ‘cfv 6540  (class class class)co 7419   ≈ cen 8946  infcinf 9408  ℝcr 11116  0cc0 11117  1c1 11118   + caddc 11120   < clt 11260   ≤ cle 11261   − cmin 11458   / cdiv 11888  ℕcn 12250  ℤcz 12608  ...cfz 13553  ♯chash 14386

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 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2737  ax-rep 5240  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7742  ax-cnex 11173  ax-resscn 11174  ax-1cn 11175  ax-icn 11176  ax-addcl 11177  ax-addrcl 11178  ax-mulcl 11179  ax-mulrcl 11180  ax-mulcom 11181  ax-addass 11182  ax-mulass 11183  ax-distr 11184  ax-i2m1 11185  ax-1ne0 11186  ax-1rid 11187  ax-rnegex 11188  ax-rrecex 11189  ax-cnre 11190  ax-pre-lttri 11191  ax-pre-lttrn 11192  ax-pre-ltadd 11193  ax-pre-mulgt0 11194

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 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3067  df-ral 3082  df-rex 3092  df-rmo 3371  df-reu 3372  df-rab 3419  df-v 3459  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4287  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-op 4598  df-uni 4875  df-int 4915  df-iun 4960  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-tr 5221  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6306  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6496  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-riota 7376  df-ov 7422  df-oprab 7423  df-mpo 7424  df-om 7869  df-1st 7992  df-2nd 7993  df-frecs 8284  df-wrecs 8315  df-recs 8364  df-rdg 8403  df-1o 8459  df-oadd 8463  df-er 8700  df-en 8950  df-dom 8951  df-sdom 8952  df-fin 8953  df-sup 9409  df-inf 9410  df-dju 9903  df-card 9941  df-pnf 11262  df-mnf 11263  df-xr 11264  df-ltxr 11265  df-le 11266  df-sub 11460  df-neg 11461  df-nn 12251  df-2 12320  df-n0 12522  df-z 12609  df-uz 12881  df-rp 13035  df-fz 13554  df-hash 14387

This theorem is used by:  ballotlemfrc  34984  ballotlemfrceq  34986  ballotlemfrcn0  34987  ballotlemrc  34988