Theorem ballotlemsdom 34514

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 34512	. 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 34504	. . . . . . . 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 13565	. . . . . 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 12289	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ)
16	1, 2, 15	mp2an 692	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ
17	16	nnzi 12641	. . . . . 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 13568	. . . . . 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 12884	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘(𝐼‘𝐶)) ↔ ((𝐼‘𝐶) ∈ ℤ ∧ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ ∧ (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁)))
23		fzss2 13604	. . . . . 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 12648	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 1 ∈ ℤ)
27		simplr 769	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
28	27	elfzelzd 13565	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ ℤ)
29		elfzle1 13567	. . . . . . . 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 13555	. . . . . 6 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))
33		fzrev3i 13631	. . . . . 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 11256	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 1 ∈ ℂ)
36	13	zcnd 12723	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℂ)
37	35, 36	addcomd 11463	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (1 + (𝐼‘𝐶)) = ((𝐼‘𝐶) + 1))
38	37	oveq1d 7446	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((1 + (𝐼‘𝐶)) − 𝐽) = (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽))
39	38	eleq1d 2826	. . . . . 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 3984	. . 3 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
43		simplr 769	. . 3 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ ¬ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
44	42, 43	ifclda 4561	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → if(𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶), (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽), 𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
45	10, 44	eqeltrd 2841	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 1087   = wceq 1540   ∈ wcel 2108  ∀wral 3061  {crab 3436   ∖ cdif 3948   ∩ cin 3950   ⊆ wss 3951  ifcif 4525  𝒫 cpw 4600   class class class wbr 5143   ↦ cmpt 5225  ‘cfv 6561  (class class class)co 7431  infcinf 9481  ℝcr 11154  0cc0 11155  1c1 11156   + caddc 11158   < clt 11295   ≤ cle 11296   − cmin 11492   / cdiv 11920  ℕcn 12266  ℤcz 12613  ℤ_≥cuz 12878  ...cfz 13547  ♯chash 14369

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 2708  ax-rep 5279  ax-sep 5296  ax-nul 5306  ax-pow 5365  ax-pr 5432  ax-un 7755  ax-cnex 11211  ax-resscn 11212  ax-1cn 11213  ax-icn 11214  ax-addcl 11215  ax-addrcl 11216  ax-mulcl 11217  ax-mulrcl 11218  ax-mulcom 11219  ax-addass 11220  ax-mulass 11221  ax-distr 11222  ax-i2m1 11223  ax-1ne0 11224  ax-1rid 11225  ax-rnegex 11226  ax-rrecex 11227  ax-cnre 11228  ax-pre-lttri 11229  ax-pre-lttrn 11230  ax-pre-ltadd 11231  ax-pre-mulgt0 11232

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2816  df-nfc 2892  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3380  df-reu 3381  df-rab 3437  df-v 3482  df-sbc 3789  df-csb 3900  df-dif 3954  df-un 3956  df-in 3958  df-ss 3968  df-pss 3971  df-nul 4334  df-if 4526  df-pw 4602  df-sn 4627  df-pr 4629  df-op 4633  df-uni 4908  df-int 4947  df-iun 4993  df-br 5144  df-opab 5206  df-mpt 5226  df-tr 5260  df-id 5578  df-eprel 5584  df-po 5592  df-so 5593  df-fr 5637  df-we 5639  df-xp 5691  df-rel 5692  df-cnv 5693  df-co 5694  df-dm 5695  df-rn 5696  df-res 5697  df-ima 5698  df-pred 6321  df-ord 6387  df-on 6388  df-lim 6389  df-suc 6390  df-iota 6514  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-om 7888  df-1st 8014  df-2nd 8015  df-frecs 8306  df-wrecs 8337  df-recs 8411  df-rdg 8450  df-1o 8506  df-oadd 8510  df-er 8745  df-en 8986  df-dom 8987  df-sdom 8988  df-fin 8989  df-sup 9482  df-inf 9483  df-dju 9941  df-card 9979  df-pnf 11297  df-mnf 11298  df-xr 11299  df-ltxr 11300  df-le 11301  df-sub 11494  df-neg 11495  df-nn 12267  df-2 12329  df-n0 12527  df-z 12614  df-uz 12879  df-fz 13548  df-hash 14370

This theorem is referenced by:  ballotlemsel1i  34515  ballotlemsf1o  34516  ballotlemfrceq  34531  ballotlemfrcn0  34532