Theorem ballotlemsdom 34499

Description: Domain of 𝑆 for a given counting 𝐶. (Contributed by Thierry Arnoux, 12-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)))

Assertion

Ref	Expression
ballotlemsdom	⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))

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

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

Proof of Theorem ballotlemsdom

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	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9	ballotlemsv 34497	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) = if(𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶), (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽), 𝐽))
11	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8	ballotlemiex 34489	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))
12	11	simpld 494	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
13	12	elfzelzd 13447	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
14	13	ad2antrr 726	. . . . 5 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
15		nnaddcl 12170	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ)
16	1, 2, 15	mp2an 692	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ
17	16	nnzi 12518	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ
18	17	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ)
19	12	ad2antrr 726	. . . . . 6 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
20		elfzle2 13450	. . . . . 6 ⊢ ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) → (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁))
21	19, 20	syl 17	. . . . 5 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁))
22		eluz2 12760	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘(𝐼‘𝐶)) ↔ ((𝐼‘𝐶) ∈ ℤ ∧ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ ∧ (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁)))
23		fzss2 13486	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘(𝐼‘𝐶)) → (1...(𝐼‘𝐶)) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
24	22, 23	sylbir 235	. . . . 5 ⊢ (((𝐼‘𝐶) ∈ ℤ ∧ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ ∧ (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁)) → (1...(𝐼‘𝐶)) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
25	14, 18, 21, 24	syl3anc 1373	. . . 4 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (1...(𝐼‘𝐶)) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
26		1zzd 12525	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 1 ∈ ℤ)
27		simplr 768	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
28	27	elfzelzd 13447	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ ℤ)
29		elfzle1 13449	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) → 1 ≤ 𝐽)
30	27, 29	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 1 ≤ 𝐽)
31		simpr 484	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶))
32	26, 14, 28, 30, 31	elfzd 13437	. . . . . 6 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))
33		fzrev3i 13513	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶)) → ((1 + (𝐼‘𝐶)) − 𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))
34	32, 33	syl 17	. . . . 5 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → ((1 + (𝐼‘𝐶)) − 𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))
35		1cnd 11129	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 1 ∈ ℂ)
36	13	zcnd 12600	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℂ)
37	35, 36	addcomd 11337	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (1 + (𝐼‘𝐶)) = ((𝐼‘𝐶) + 1))
38	37	oveq1d 7368	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((1 + (𝐼‘𝐶)) − 𝐽) = (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽))
39	38	eleq1d 2813	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (((1 + (𝐼‘𝐶)) − 𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)) ↔ (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶))))
40	39	ad2antrr 726	. . . . 5 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (((1 + (𝐼‘𝐶)) − 𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)) ↔ (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶))))
41	34, 40	mpbid 232	. . . 4 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))
42	25, 41	sseldd 3938	. . 3 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
43		simplr 768	. . 3 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ ¬ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
44	42, 43	ifclda 4514	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → if(𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶), (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽), 𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
45	10, 44	eqeltrd 2828	1 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1086   = wceq 1540   ∈ wcel 2109  ∀wral 3044  {crab 3396   ∖ cdif 3902   ∩ cin 3904   ⊆ wss 3905  ifcif 4478  𝒫 cpw 4553   class class class wbr 5095   ↦ cmpt 5176  ‘cfv 6486  (class class class)co 7353  infcinf 9350  ℝcr 11027  0cc0 11028  1c1 11029   + caddc 11031   < clt 11168   ≤ cle 11169   − cmin 11366   / cdiv 11796  ℕcn 12147  ℤcz 12490  ℤ_≥cuz 12754  ...cfz 13429  ♯chash 14256

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 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-rep 5221  ax-sep 5238  ax-nul 5248  ax-pow 5307  ax-pr 5374  ax-un 7675  ax-cnex 11084  ax-resscn 11085  ax-1cn 11086  ax-icn 11087  ax-addcl 11088  ax-addrcl 11089  ax-mulcl 11090  ax-mulrcl 11091  ax-mulcom 11092  ax-addass 11093  ax-mulass 11094  ax-distr 11095  ax-i2m1 11096  ax-1ne0 11097  ax-1rid 11098  ax-rnegex 11099  ax-rrecex 11100  ax-cnre 11101  ax-pre-lttri 11102  ax-pre-lttrn 11103  ax-pre-ltadd 11104  ax-pre-mulgt0 11105

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 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rmo 3345  df-reu 3346  df-rab 3397  df-v 3440  df-sbc 3745  df-csb 3854  df-dif 3908  df-un 3910  df-in 3912  df-ss 3922  df-pss 3925  df-nul 4287  df-if 4479  df-pw 4555  df-sn 4580  df-pr 4582  df-op 4586  df-uni 4862  df-int 4900  df-iun 4946  df-br 5096  df-opab 5158  df-mpt 5177  df-tr 5203  df-id 5518  df-eprel 5523  df-po 5531  df-so 5532  df-fr 5576  df-we 5578  df-xp 5629  df-rel 5630  df-cnv 5631  df-co 5632  df-dm 5633  df-rn 5634  df-res 5635  df-ima 5636  df-pred 6253  df-ord 6314  df-on 6315  df-lim 6316  df-suc 6317  df-iota 6442  df-fun 6488  df-fn 6489  df-f 6490  df-f1 6491  df-fo 6492  df-f1o 6493  df-fv 6494  df-riota 7310  df-ov 7356  df-oprab 7357  df-mpo 7358  df-om 7807  df-1st 7931  df-2nd 7932  df-frecs 8221  df-wrecs 8252  df-recs 8301  df-rdg 8339  df-1o 8395  df-oadd 8399  df-er 8632  df-en 8880  df-dom 8881  df-sdom 8882  df-fin 8883  df-sup 9351  df-inf 9352  df-dju 9816  df-card 9854  df-pnf 11170  df-mnf 11171  df-xr 11172  df-ltxr 11173  df-le 11174  df-sub 11368  df-neg 11369  df-nn 12148  df-2 12210  df-n0 12404  df-z 12491  df-uz 12755  df-fz 13430  df-hash 14257

This theorem is referenced by:  ballotlemsel1i  34500  ballotlemsf1o  34501  ballotlemfrceq  34516  ballotlemfrcn0  34517