Theorem ballotlemsel1i 34550

Description: The range (1...(𝐼‘𝐶)) is invariant under (𝑆‘𝐶). (Contributed by Thierry Arnoux, 28-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
ballotlemsel1i	⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))

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 ballotlemsel1i

Step	Hyp	Ref	Expression
1		1zzd 12628	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 1 ∈ ℤ)
2		ballotth.m	. . . . . 6 ⊢ 𝑀 ∈ ℕ
3		ballotth.n	. . . . . 6 ⊢ 𝑁 ∈ ℕ
4		ballotth.o	. . . . . 6 ⊢ 𝑂 = {𝑐 ∈ 𝒫 (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ (♯‘𝑐) = 𝑀}
5		ballotth.p	. . . . . 6 ⊢ 𝑃 = (𝑥 ∈ 𝒫 𝑂 ↦ ((♯‘𝑥) / (♯‘𝑂)))
6		ballotth.f	. . . . . 6 ⊢ 𝐹 = (𝑐 ∈ 𝑂 ↦ (𝑖 ∈ ℤ ↦ ((♯‘((1...𝑖) ∩ 𝑐)) − (♯‘((1...𝑖) ∖ 𝑐)))))
7		ballotth.e	. . . . . 6 ⊢ 𝐸 = {𝑐 ∈ 𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹‘𝑐)‘𝑖)}
8		ballotth.mgtn	. . . . . 6 ⊢ 𝑁 < 𝑀
9		ballotth.i	. . . . . 6 ⊢ 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
10	2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9	ballotlemiex 34539	. . . . 5 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))
11	10	simpld 494	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
12	11	elfzelzd 13547	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
13	12	adantr 480	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
14		nnaddcl 12268	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ)
15	2, 3, 14	mp2an 692	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ
16	15	nnzi 12621	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ
17	16	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ)
18		elfzle2 13550	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) → (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁))
19	11, 18	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁))
20		eluz2 12863	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘(𝐼‘𝐶)) ↔ ((𝐼‘𝐶) ∈ ℤ ∧ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ ∧ (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁)))
21	12, 17, 19, 20	syl3anbrc 1344	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘(𝐼‘𝐶)))
22		fzss2 13586	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘(𝐼‘𝐶)) → (1...(𝐼‘𝐶)) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
23	21, 22	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (1...(𝐼‘𝐶)) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
24	23	sselda 3963	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
25		ballotth.s	. . . . 5 ⊢ 𝑆 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ (𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ↦ if(𝑖 ≤ (𝐼‘𝑐), (((𝐼‘𝑐) + 1) − 𝑖), 𝑖)))
26	2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 25	ballotlemsdom 34549	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
27	24, 26	syldan 591	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
28	27	elfzelzd 13547	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ ℤ)
29		elfzelz 13546	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ ℤ)
30	29	adantl 481	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 𝐽 ∈ ℤ)
31	30	zred 12702	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 𝐽 ∈ ℝ)
32	13	zred 12702	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℝ)
33		1red 11241	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 1 ∈ ℝ)
34	32, 33	readdcld 11269	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝐼‘𝐶) + 1) ∈ ℝ)
35		elfzle2 13550	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶))
36	35	adantl 481	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶))
37	13	zcnd 12703	. . . . . 6 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℂ)
38		1cnd 11235	. . . . . 6 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 1 ∈ ℂ)
39	37, 38	pncand 11600	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 1) = (𝐼‘𝐶))
40	36, 39	breqtrrd 5152	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 𝐽 ≤ (((𝐼‘𝐶) + 1) − 1))
41	31, 34, 33, 40	lesubd 11846	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 1 ≤ (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽))
42	2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 25	ballotlemsv 34547	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) = if(𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶), (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽), 𝐽))
43	24, 42	syldan 591	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) = if(𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶), (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽), 𝐽))
44	36	iftrued 4513	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → if(𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶), (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽), 𝐽) = (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽))
45	43, 44	eqtrd 2771	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) = (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽))
46	41, 45	breqtrrd 5152	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 1 ≤ ((𝑆‘𝐶)‘𝐽))
47	12	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
48		elfznn 13575	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) → 𝐽 ∈ ℕ)
49	48	adantl 481	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → 𝐽 ∈ ℕ)
50	47, 49	ltesubnnd 32806	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ≤ (𝐼‘𝐶))
51	24, 50	syldan 591	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ≤ (𝐼‘𝐶))
52	45, 51	eqbrtrd 5146	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ≤ (𝐼‘𝐶))
53	1, 13, 28, 46, 52	elfzd 13537	1 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1540   ∈ wcel 2109  ∀wral 3052  {crab 3420   ∖ cdif 3928   ∩ cin 3930   ⊆ wss 3931  ifcif 4505  𝒫 cpw 4580   class class class wbr 5124   ↦ cmpt 5206  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410  infcinf 9458  ℝcr 11133  0cc0 11134  1c1 11135   + caddc 11137   < clt 11274   ≤ cle 11275   − cmin 11471   / cdiv 11899  ℕcn 12245  ℤcz 12593  ℤ_≥cuz 12857  ...cfz 13529  ♯chash 14353

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 2708  ax-rep 5254  ax-sep 5271  ax-nul 5281  ax-pow 5340  ax-pr 5407  ax-un 7734  ax-cnex 11190  ax-resscn 11191  ax-1cn 11192  ax-icn 11193  ax-addcl 11194  ax-addrcl 11195  ax-mulcl 11196  ax-mulrcl 11197  ax-mulcom 11198  ax-addass 11199  ax-mulass 11200  ax-distr 11201  ax-i2m1 11202  ax-1ne0 11203  ax-1rid 11204  ax-rnegex 11205  ax-rrecex 11206  ax-cnre 11207  ax-pre-lttri 11208  ax-pre-lttrn 11209  ax-pre-ltadd 11210  ax-pre-mulgt0 11211

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 2540  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2810  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3062  df-rmo 3364  df-reu 3365  df-rab 3421  df-v 3466  df-sbc 3771  df-csb 3880  df-dif 3934  df-un 3936  df-in 3938  df-ss 3948  df-pss 3951  df-nul 4314  df-if 4506  df-pw 4582  df-sn 4607  df-pr 4609  df-op 4613  df-uni 4889  df-int 4928  df-iun 4974  df-br 5125  df-opab 5187  df-mpt 5207  df-tr 5235  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-we 5613  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  df-pred 6295  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6489  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-om 7867  df-1st 7993  df-2nd 7994  df-frecs 8285  df-wrecs 8316  df-recs 8390  df-rdg 8429  df-1o 8485  df-oadd 8489  df-er 8724  df-en 8965  df-dom 8966  df-sdom 8967  df-fin 8968  df-sup 9459  df-inf 9460  df-dju 9920  df-card 9958  df-pnf 11276  df-mnf 11277  df-xr 11278  df-ltxr 11279  df-le 11280  df-sub 11473  df-neg 11474  df-nn 12246  df-2 12308  df-n0 12507  df-z 12594  df-uz 12858  df-rp 13014  df-fz 13530  df-hash 14354

This theorem is referenced by:  ballotlemfrceq  34566  ballotlemfrcn0  34567