Theorem ballotlemsdom 32478

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 32476	. 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 32468	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))
12	11	simpld 495	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
13	12	elfzelzd 13257	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
14	13	ad2antrr 723	. . . . 5 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
15		nnaddcl 11996	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ)
16	1, 2, 15	mp2an 689	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ
17	16	nnzi 12344	. . . . . 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 723	. . . . . 6 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
20		elfzle2 13260	. . . . . 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 12588	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘(𝐼‘𝐶)) ↔ ((𝐼‘𝐶) ∈ ℤ ∧ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ ∧ (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁)))
23		fzss2 13296	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘(𝐼‘𝐶)) → (1...(𝐼‘𝐶)) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
24	22, 23	sylbir 234	. . . . 5 ⊢ (((𝐼‘𝐶) ∈ ℤ ∧ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ ∧ (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁)) → (1...(𝐼‘𝐶)) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
25	14, 18, 21, 24	syl3anc 1370	. . . 4 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (1...(𝐼‘𝐶)) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
26		1zzd 12351	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 1 ∈ ℤ)
27		simplr 766	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
28	27	elfzelzd 13257	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ ℤ)
29		elfzle1 13259	. . . . . . . 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 485	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶))
32	26, 14, 28, 30, 31	elfzd 13247	. . . . . 6 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))
33		fzrev3i 13323	. . . . . 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 10970	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → 1 ∈ ℂ)
36	13	zcnd 12427	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℂ)
37	35, 36	addcomd 11177	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (1 + (𝐼‘𝐶)) = ((𝐼‘𝐶) + 1))
38	37	oveq1d 7290	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((1 + (𝐼‘𝐶)) − 𝐽) = (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽))
39	38	eleq1d 2823	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (((1 + (𝐼‘𝐶)) − 𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)) ↔ (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶))))
40	39	ad2antrr 723	. . . . 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 231	. . . 4 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))
42	25, 41	sseldd 3922	. . 3 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
43		simplr 766	. . 3 ⊢ (((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) ∧ ¬ 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
44	42, 43	ifclda 4494	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → if(𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶), (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽), 𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
45	10, 44	eqeltrd 2839	1 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 396   ∧ w3a 1086   = wceq 1539   ∈ wcel 2106  ∀wral 3064  {crab 3068   ∖ cdif 3884   ∩ cin 3886   ⊆ wss 3887  ifcif 4459  𝒫 cpw 4533   class class class wbr 5074   ↦ cmpt 5157  ‘cfv 6433  (class class class)co 7275  infcinf 9200  ℝcr 10870  0cc0 10871  1c1 10872   + caddc 10874   < clt 11009   ≤ cle 11010   − cmin 11205   / cdiv 11632  ℕcn 11973  ℤcz 12319  ℤ_≥cuz 12582  ...cfz 13239  ♯chash 14044

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2709  ax-rep 5209  ax-sep 5223  ax-nul 5230  ax-pow 5288  ax-pr 5352  ax-un 7588  ax-cnex 10927  ax-resscn 10928  ax-1cn 10929  ax-icn 10930  ax-addcl 10931  ax-addrcl 10932  ax-mulcl 10933  ax-mulrcl 10934  ax-mulcom 10935  ax-addass 10936  ax-mulass 10937  ax-distr 10938  ax-i2m1 10939  ax-1ne0 10940  ax-1rid 10941  ax-rnegex 10942  ax-rrecex 10943  ax-cnre 10944  ax-pre-lttri 10945  ax-pre-lttrn 10946  ax-pre-ltadd 10947  ax-pre-mulgt0 10948

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-rmo 3071  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3434  df-sbc 3717  df-csb 3833  df-dif 3890  df-un 3892  df-in 3894  df-ss 3904  df-pss 3906  df-nul 4257  df-if 4460  df-pw 4535  df-sn 4562  df-pr 4564  df-op 4568  df-uni 4840  df-int 4880  df-iun 4926  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5158  df-tr 5192  df-id 5489  df-eprel 5495  df-po 5503  df-so 5504  df-fr 5544  df-we 5546  df-xp 5595  df-rel 5596  df-cnv 5597  df-co 5598  df-dm 5599  df-rn 5600  df-res 5601  df-ima 5602  df-pred 6202  df-ord 6269  df-on 6270  df-lim 6271  df-suc 6272  df-iota 6391  df-fun 6435  df-fn 6436  df-f 6437  df-f1 6438  df-fo 6439  df-f1o 6440  df-fv 6441  df-riota 7232  df-ov 7278  df-oprab 7279  df-mpo 7280  df-om 7713  df-1st 7831  df-2nd 7832  df-frecs 8097  df-wrecs 8128  df-recs 8202  df-rdg 8241  df-1o 8297  df-oadd 8301  df-er 8498  df-en 8734  df-dom 8735  df-sdom 8736  df-fin 8737  df-sup 9201  df-inf 9202  df-dju 9659  df-card 9697  df-pnf 11011  df-mnf 11012  df-xr 11013  df-ltxr 11014  df-le 11015  df-sub 11207  df-neg 11208  df-nn 11974  df-2 12036  df-n0 12234  df-z 12320  df-uz 12583  df-fz 13240  df-hash 14045

This theorem is referenced by:  ballotlemsel1i  32479  ballotlemsf1o  32480  ballotlemfrceq  32495  ballotlemfrcn0  32496