Theorem ballotlemsel1i 31173

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 11760	. 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 31162	. . . . 5 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))
11	10	simpld 490	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
12		elfzelz 12659	. . . 4 ⊢ ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
13	11, 12	syl 17	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
14	13	adantr 474	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
15		nnaddcl 11398	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ)
16	2, 3, 15	mp2an 682	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℕ
17	16	nnzi 11753	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ
18	17	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ)
19		elfzle2 12662	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) → (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁))
20	11, 19	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁))
21		eluz2 11998	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘(𝐼‘𝐶)) ↔ ((𝐼‘𝐶) ∈ ℤ ∧ (𝑀 + 𝑁) ∈ ℤ ∧ (𝐼‘𝐶) ≤ (𝑀 + 𝑁)))
22	13, 18, 20, 21	syl3anbrc 1400	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘(𝐼‘𝐶)))
23		fzss2 12698	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 + 𝑁) ∈ (ℤ≥‘(𝐼‘𝐶)) → (1...(𝐼‘𝐶)) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
24	22, 23	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (1...(𝐼‘𝐶)) ⊆ (1...(𝑀 + 𝑁)))
25	24	sselda 3820	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
26		ballotth.s	. . . . 5 ⊢ 𝑆 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ (𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ↦ if(𝑖 ≤ (𝐼‘𝑐), (((𝐼‘𝑐) + 1) − 𝑖), 𝑖)))
27	2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 26	ballotlemsdom 31172	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
28	25, 27	syldan 585	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
29		elfzelz 12659	. . 3 ⊢ (((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ ℤ)
30	28, 29	syl 17	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ ℤ)
31		elfzelz 12659	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ∈ ℤ)
32	31	adantl 475	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 𝐽 ∈ ℤ)
33	32	zred 11834	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 𝐽 ∈ ℝ)
34	14	zred 11834	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℝ)
35		1red 10377	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 1 ∈ ℝ)
36	34, 35	readdcld 10406	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝐼‘𝐶) + 1) ∈ ℝ)
37		elfzle2 12662	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶)) → 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶))
38	37	adantl 475	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶))
39	14	zcnd 11835	. . . . . 6 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℂ)
40		1cnd 10371	. . . . . 6 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 1 ∈ ℂ)
41	39, 40	pncand 10735	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 1) = (𝐼‘𝐶))
42	38, 41	breqtrrd 4914	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 𝐽 ≤ (((𝐼‘𝐶) + 1) − 1))
43	33, 36, 35, 42	lesubd 10979	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 1 ≤ (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽))
44	2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 26	ballotlemsv 31170	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) = if(𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶), (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽), 𝐽))
45	25, 44	syldan 585	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) = if(𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶), (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽), 𝐽))
46	38	iftrued 4314	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → if(𝐽 ≤ (𝐼‘𝐶), (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽), 𝐽) = (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽))
47	45, 46	eqtrd 2813	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) = (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽))
48	43, 47	breqtrrd 4914	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → 1 ≤ ((𝑆‘𝐶)‘𝐽))
49	13	adantr 474	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ)
50		elfznn 12687	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) → 𝐽 ∈ ℕ)
51	50	adantl 475	. . . . 5 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → 𝐽 ∈ ℕ)
52	49, 51	ltesubnnd 30132	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ≤ (𝐼‘𝐶))
53	25, 52	syldan 585	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → (((𝐼‘𝐶) + 1) − 𝐽) ≤ (𝐼‘𝐶))
54	47, 53	eqbrtrd 4908	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ≤ (𝐼‘𝐶))
55		elfz4 12652	. 2 ⊢ (((1 ∈ ℤ ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ ℤ ∧ ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ ℤ) ∧ (1 ≤ ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∧ ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ≤ (𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))
56	1, 14, 30, 48, 54, 55	syl32anc 1446	1 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝐽 ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝑆‘𝐶)‘𝐽) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 386   = wceq 1601   ∈ wcel 2106  ∀wral 3089  {crab 3093   ∖ cdif 3788   ∩ cin 3790   ⊆ wss 3791  ifcif 4306  𝒫 cpw 4378   class class class wbr 4886   ↦ cmpt 4965  ‘cfv 6135  (class class class)co 6922  infcinf 8635  ℝcr 10271  0cc0 10272  1c1 10273   + caddc 10275   < clt 10411   ≤ cle 10412   − cmin 10606   / cdiv 11032  ℕcn 11374  ℤcz 11728  ℤ_≥cuz 11992  ...cfz 12643  ♯chash 13435

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1839  ax-4 1853  ax-5 1953  ax-6 2021  ax-7 2054  ax-8 2108  ax-9 2115  ax-10 2134  ax-11 2149  ax-12 2162  ax-13 2333  ax-ext 2753  ax-rep 5006  ax-sep 5017  ax-nul 5025  ax-pow 5077  ax-pr 5138  ax-un 7226  ax-cnex 10328  ax-resscn 10329  ax-1cn 10330  ax-icn 10331  ax-addcl 10332  ax-addrcl 10333  ax-mulcl 10334  ax-mulrcl 10335  ax-mulcom 10336  ax-addass 10337  ax-mulass 10338  ax-distr 10339  ax-i2m1 10340  ax-1ne0 10341  ax-1rid 10342  ax-rnegex 10343  ax-rrecex 10344  ax-cnre 10345  ax-pre-lttri 10346  ax-pre-lttrn 10347  ax-pre-ltadd 10348  ax-pre-mulgt0 10349

This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1605  df-ex 1824  df-nf 1828  df-sb 2012  df-mo 2550  df-eu 2586  df-clab 2763  df-cleq 2769  df-clel 2773  df-nfc 2920  df-ne 2969  df-nel 3075  df-ral 3094  df-rex 3095  df-reu 3096  df-rmo 3097  df-rab 3098  df-v 3399  df-sbc 3652  df-csb 3751  df-dif 3794  df-un 3796  df-in 3798  df-ss 3805  df-pss 3807  df-nul 4141  df-if 4307  df-pw 4380  df-sn 4398  df-pr 4400  df-tp 4402  df-op 4404  df-uni 4672  df-int 4711  df-iun 4755  df-br 4887  df-opab 4949  df-mpt 4966  df-tr 4988  df-id 5261  df-eprel 5266  df-po 5274  df-so 5275  df-fr 5314  df-we 5316  df-xp 5361  df-rel 5362  df-cnv 5363  df-co 5364  df-dm 5365  df-rn 5366  df-res 5367  df-ima 5368  df-pred 5933  df-ord 5979  df-on 5980  df-lim 5981  df-suc 5982  df-iota 6099  df-fun 6137  df-fn 6138  df-f 6139  df-f1 6140  df-fo 6141  df-f1o 6142  df-fv 6143  df-riota 6883  df-ov 6925  df-oprab 6926  df-mpt2 6927  df-om 7344  df-1st 7445  df-2nd 7446  df-wrecs 7689  df-recs 7751  df-rdg 7789  df-1o 7843  df-oadd 7847  df-er 8026  df-en 8242  df-dom 8243  df-sdom 8244  df-fin 8245  df-sup 8636  df-inf 8637  df-card 9098  df-cda 9325  df-pnf 10413  df-mnf 10414  df-xr 10415  df-ltxr 10416  df-le 10417  df-sub 10608  df-neg 10609  df-nn 11375  df-2 11438  df-n0 11643  df-z 11729  df-uz 11993  df-rp 12138  df-fz 12644  df-hash 13436

This theorem is referenced by:  ballotlemfrceq  31189  ballotlemfrcn0  31190