Theorem ballotlemsel1i 32379

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 12281	. 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 32368	. . . . 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 13186	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
13	12	adantr 480	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
14		nnaddcl 11926	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ)
15	2, 3, 14	mp2an 688	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ
16	15	nnzi 12274	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ
17	16	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ)
18		elfzle2 13189	. . . . . . . 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 12517	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘(𝐼‘𝐶)) ↔ ((𝐼‘𝐶) ∈ ℤ ∧ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ ∧ (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁)))
21	12, 17, 19, 20	syl3anbrc 1341	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘(𝐼‘𝐶)))
22		fzss2 13225	. . . . . 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 3917	. . . 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 32378	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
27	24, 26	syldan 590	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
28	27	elfzelzd 13186	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ ℤ)
29		elfzelz 13185	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ ℤ)
30	29	adantl 481	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 𝐽 ∈ ℤ)
31	30	zred 12355	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 𝐽 ∈ ℝ)
32	13	zred 12355	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℝ)
33		1red 10907	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 1 ∈ ℝ)
34	32, 33	readdcld 10935	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝐼‘𝐶) + 1) ∈ ℝ)
35		elfzle2 13189	. . . . . 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 12356	. . . . . 6 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℂ)
38		1cnd 10901	. . . . . 6 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 1 ∈ ℂ)
39	37, 38	pncand 11263	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 1) = (𝐼‘𝐶))
40	36, 39	breqtrrd 5098	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 𝐽 ≤ (((𝐼‘𝐶) + 1) − 1))
41	31, 34, 33, 40	lesubd 11509	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 1 ≤ (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽))
42	2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 25	ballotlemsv 32376	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) = if(𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶), (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽), 𝐽))
43	24, 42	syldan 590	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) = if(𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶), (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽), 𝐽))
44	36	iftrued 4464	. . . 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 2778	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) = (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽))
46	41, 45	breqtrrd 5098	. 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 13214	. . . . . 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 31038	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ≤ (𝐼‘𝐶))
51	24, 50	syldan 590	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ≤ (𝐼‘𝐶))
52	45, 51	eqbrtrd 5092	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ≤ (𝐼‘𝐶))
53	1, 13, 28, 46, 52	elfzd 13176	1 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1539   ∈ wcel 2108  ∀wral 3063  {crab 3067   ∖ cdif 3880   ∩ cin 3882   ⊆ wss 3883  ifcif 4456  𝒫 cpw 4530   class class class wbr 5070   ↦ cmpt 5153  ‘cfv 6418  (class class class)co 7255  infcinf 9130  ℝcr 10801  0cc0 10802  1c1 10803   + caddc 10805   < clt 10940   ≤ cle 10941   − cmin 11135   / cdiv 11562  ℕcn 11903  ℤcz 12249  ℤ_≥cuz 12511  ...cfz 13168  ♯chash 13972

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-rep 5205  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-int 4877  df-iun 4923  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-1o 8267  df-oadd 8271  df-er 8456  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-fin 8695  df-sup 9131  df-inf 9132  df-dju 9590  df-card 9628  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-nn 11904  df-2 11966  df-n0 12164  df-z 12250  df-uz 12512  df-rp 12660  df-fz 13169  df-hash 13973

This theorem is referenced by:  ballotlemfrceq  32395  ballotlemfrcn0  32396