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Theorem ballotlem1c 24545
Description: If the first vote is for A, the vote on the first tie is for B. (Contributed by Thierry Arnoux, 4-Apr-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
ballotth.m  |-  M  e.  NN
ballotth.n  |-  N  e.  NN
ballotth.o  |-  O  =  { c  e.  ~P ( 1 ... ( M  +  N )
)  |  ( # `  c )  =  M }
ballotth.p  |-  P  =  ( x  e.  ~P O  |->  ( ( # `  x )  /  ( # `
 O ) ) )
ballotth.f  |-  F  =  ( c  e.  O  |->  ( i  e.  ZZ  |->  ( ( # `  (
( 1 ... i
)  i^i  c )
)  -  ( # `  ( ( 1 ... i )  \  c
) ) ) ) )
ballotth.e  |-  E  =  { c  e.  O  |  A. i  e.  ( 1 ... ( M  +  N ) ) 0  <  ( ( F `  c ) `
 i ) }
ballotth.mgtn  |-  N  < 
M
ballotth.i  |-  I  =  ( c  e.  ( O  \  E ) 
|->  sup ( { k  e.  ( 1 ... ( M  +  N
) )  |  ( ( F `  c
) `  k )  =  0 } ,  RR ,  `'  <  ) )
Assertion
Ref Expression
ballotlem1c  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  -.  ( I `  C )  e.  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   
k, c, E    i, I
Allowed substitution hints:    C( x, c)    P( x, i, k, c)    E( x)    F( x)    I( x, c)    M( x)    N( x)    O( x)

Proof of Theorem ballotlem1c
StepHypRef Expression
1 ballotth.m . . 3  |-  M  e.  NN
2 ballotth.n . . 3  |-  N  e.  NN
3 ballotth.o . . 3  |-  O  =  { c  e.  ~P ( 1 ... ( M  +  N )
)  |  ( # `  c )  =  M }
4 ballotth.p . . 3  |-  P  =  ( x  e.  ~P O  |->  ( ( # `  x )  /  ( # `
 O ) ) )
5 ballotth.f . . 3  |-  F  =  ( c  e.  O  |->  ( i  e.  ZZ  |->  ( ( # `  (
( 1 ... i
)  i^i  c )
)  -  ( # `  ( ( 1 ... i )  \  c
) ) ) ) )
6 eldifi 3413 . . . 4  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  C  e.  O )
76ad2antrr 707 . . 3  |-  ( ( ( C  e.  ( O  \  E )  /\  1  e.  C
)  /\  ( I `  C )  e.  C
)  ->  C  e.  O )
8 ballotth.e . . . . . . . . . 10  |-  E  =  { c  e.  O  |  A. i  e.  ( 1 ... ( M  +  N ) ) 0  <  ( ( F `  c ) `
 i ) }
9 ballotth.mgtn . . . . . . . . . 10  |-  N  < 
M
10 ballotth.i . . . . . . . . . 10  |-  I  =  ( c  e.  ( O  \  E ) 
|->  sup ( { k  e.  ( 1 ... ( M  +  N
) )  |  ( ( F `  c
) `  k )  =  0 } ,  RR ,  `'  <  ) )
111, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10ballotlemiex 24539 . . . . . . . . 9  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  (
( I `  C
)  e.  ( 1 ... ( M  +  N ) )  /\  ( ( F `  C ) `  (
I `  C )
)  =  0 ) )
1211simpld 446 . . . . . . . 8  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  (
I `  C )  e.  ( 1 ... ( M  +  N )
) )
13 elfznn 11013 . . . . . . . 8  |-  ( ( I `  C )  e.  ( 1 ... ( M  +  N
) )  ->  (
I `  C )  e.  NN )
1412, 13syl 16 . . . . . . 7  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  (
I `  C )  e.  NN )
1514adantr 452 . . . . . 6  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  ( I `  C
)  e.  NN )
161, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10ballotlemii 24541 . . . . . 6  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  ( I `  C
)  =/=  1 )
17 eluz2b3 10482 . . . . . 6  |-  ( ( I `  C )  e.  ( ZZ>= `  2
)  <->  ( ( I `
 C )  e.  NN  /\  ( I `
 C )  =/=  1 ) )
1815, 16, 17sylanbrc 646 . . . . 5  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  ( I `  C
)  e.  ( ZZ>= ` 
2 ) )
19 uz2m1nn 10483 . . . . 5  |-  ( ( I `  C )  e.  ( ZZ>= `  2
)  ->  ( (
I `  C )  -  1 )  e.  NN )
2018, 19syl 16 . . . 4  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  ( ( I `  C )  -  1 )  e.  NN )
2120adantr 452 . . 3  |-  ( ( ( C  e.  ( O  \  E )  /\  1  e.  C
)  /\  ( I `  C )  e.  C
)  ->  ( (
I `  C )  -  1 )  e.  NN )
22 elnnuz 10455 . . . . . . 7  |-  ( ( ( I `  C
)  -  1 )  e.  NN  <->  ( (
I `  C )  -  1 )  e.  ( ZZ>= `  1 )
)
2322biimpi 187 . . . . . 6  |-  ( ( ( I `  C
)  -  1 )  e.  NN  ->  (
( I `  C
)  -  1 )  e.  ( ZZ>= `  1
) )
24 eluzfz1 10997 . . . . . 6  |-  ( ( ( I `  C
)  -  1 )  e.  ( ZZ>= `  1
)  ->  1  e.  ( 1 ... (
( I `  C
)  -  1 ) ) )
2520, 23, 243syl 19 . . . . 5  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  1  e.  ( 1 ... ( ( I `
 C )  - 
1 ) ) )
2625adantr 452 . . . 4  |-  ( ( ( C  e.  ( O  \  E )  /\  1  e.  C
)  /\  ( I `  C )  e.  C
)  ->  1  e.  ( 1 ... (
( I `  C
)  -  1 ) ) )
27 0le1 9484 . . . . . . 7  |-  0  <_  1
28 1e0p1 10343 . . . . . . 7  |-  1  =  ( 0  +  1 )
2927, 28breqtri 4177 . . . . . 6  |-  0  <_  ( 0  +  1 )
30 1nn 9944 . . . . . . . . . . 11  |-  1  e.  NN
3130a1i 11 . . . . . . . . . 10  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  1  e.  NN )
321, 2, 3, 4, 5, 6, 31ballotlemfp1 24529 . . . . . . . . 9  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  (
( -.  1  e.  C  ->  ( ( F `  C ) `  1 )  =  ( ( ( F `
 C ) `  ( 1  -  1 ) )  -  1 ) )  /\  (
1  e.  C  -> 
( ( F `  C ) `  1
)  =  ( ( ( F `  C
) `  ( 1  -  1 ) )  +  1 ) ) ) )
3332simprd 450 . . . . . . . 8  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  (
1  e.  C  -> 
( ( F `  C ) `  1
)  =  ( ( ( F `  C
) `  ( 1  -  1 ) )  +  1 ) ) )
3433imp 419 . . . . . . 7  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  ( ( F `  C ) `  1
)  =  ( ( ( F `  C
) `  ( 1  -  1 ) )  +  1 ) )
35 1m1e0 10001 . . . . . . . . . 10  |-  ( 1  -  1 )  =  0
3635fveq2i 5672 . . . . . . . . 9  |-  ( ( F `  C ) `
 ( 1  -  1 ) )  =  ( ( F `  C ) `  0
)
3736oveq1i 6031 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( F `  C
) `  ( 1  -  1 ) )  +  1 )  =  ( ( ( F `
 C ) ` 
0 )  +  1 )
3837a1i 11 . . . . . . 7  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  ( ( ( F `
 C ) `  ( 1  -  1 ) )  +  1 )  =  ( ( ( F `  C
) `  0 )  +  1 ) )
391, 2, 3, 4, 5ballotlemfval0 24533 . . . . . . . . . 10  |-  ( C  e.  O  ->  (
( F `  C
) `  0 )  =  0 )
406, 39syl 16 . . . . . . . . 9  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  (
( F `  C
) `  0 )  =  0 )
4140adantr 452 . . . . . . . 8  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  ( ( F `  C ) `  0
)  =  0 )
4241oveq1d 6036 . . . . . . 7  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  ( ( ( F `
 C ) ` 
0 )  +  1 )  =  ( 0  +  1 ) )
4334, 38, 423eqtrrd 2425 . . . . . 6  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  ( 0  +  1 )  =  ( ( F `  C ) `
 1 ) )
4429, 43syl5breq 4189 . . . . 5  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  0  <_  ( ( F `  C ) `  1 ) )
4544adantr 452 . . . 4  |-  ( ( ( C  e.  ( O  \  E )  /\  1  e.  C
)  /\  ( I `  C )  e.  C
)  ->  0  <_  ( ( F `  C
) `  1 )
)
46 fveq2 5669 . . . . . 6  |-  ( i  =  1  ->  (
( F `  C
) `  i )  =  ( ( F `
 C ) ` 
1 ) )
4746breq2d 4166 . . . . 5  |-  ( i  =  1  ->  (
0  <_  ( ( F `  C ) `  i )  <->  0  <_  ( ( F `  C
) `  1 )
) )
4847rspcev 2996 . . . 4  |-  ( ( 1  e.  ( 1 ... ( ( I `
 C )  - 
1 ) )  /\  0  <_  ( ( F `
 C ) ` 
1 ) )  ->  E. i  e.  (
1 ... ( ( I `
 C )  - 
1 ) ) 0  <_  ( ( F `
 C ) `  i ) )
4926, 45, 48syl2anc 643 . . 3  |-  ( ( ( C  e.  ( O  \  E )  /\  1  e.  C
)  /\  ( I `  C )  e.  C
)  ->  E. i  e.  ( 1 ... (
( I `  C
)  -  1 ) ) 0  <_  (
( F `  C
) `  i )
)
50 df-neg 9227 . . . . . 6  |-  -u 1  =  ( 0  -  1 )
511, 2, 3, 4, 5, 6, 14ballotlemfp1 24529 . . . . . . . . . 10  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  (
( -.  ( I `
 C )  e.  C  ->  ( ( F `  C ) `  ( I `  C
) )  =  ( ( ( F `  C ) `  (
( I `  C
)  -  1 ) )  -  1 ) )  /\  ( ( I `  C )  e.  C  ->  (
( F `  C
) `  ( I `  C ) )  =  ( ( ( F `
 C ) `  ( ( I `  C )  -  1 ) )  +  1 ) ) ) )
5251simprd 450 . . . . . . . . 9  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  (
( I `  C
)  e.  C  -> 
( ( F `  C ) `  (
I `  C )
)  =  ( ( ( F `  C
) `  ( (
I `  C )  -  1 ) )  +  1 ) ) )
5352imp 419 . . . . . . . 8  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( ( F `
 C ) `  ( I `  C
) )  =  ( ( ( F `  C ) `  (
( I `  C
)  -  1 ) )  +  1 ) )
5411simprd 450 . . . . . . . . 9  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  (
( F `  C
) `  ( I `  C ) )  =  0 )
5554adantr 452 . . . . . . . 8  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( ( F `
 C ) `  ( I `  C
) )  =  0 )
5653, 55eqtr3d 2422 . . . . . . 7  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( ( ( F `  C ) `
 ( ( I `
 C )  - 
1 ) )  +  1 )  =  0 )
57 0cn 9018 . . . . . . . . 9  |-  0  e.  CC
5857a1i 11 . . . . . . . 8  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  0  e.  CC )
59 ax-1cn 8982 . . . . . . . . 9  |-  1  e.  CC
6059a1i 11 . . . . . . . 8  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  1  e.  CC )
616adantr 452 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  C  e.  O
)
6214nnzd 10307 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  (
I `  C )  e.  ZZ )
6362adantr 452 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( I `  C )  e.  ZZ )
64 1z 10244 . . . . . . . . . . . 12  |-  1  e.  ZZ
6564a1i 11 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  1  e.  ZZ )
6663, 65zsubcld 10313 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( ( I `
 C )  - 
1 )  e.  ZZ )
671, 2, 3, 4, 5, 61, 66ballotlemfelz 24528 . . . . . . . . 9  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( ( F `
 C ) `  ( ( I `  C )  -  1 ) )  e.  ZZ )
6867zcnd 10309 . . . . . . . 8  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( ( F `
 C ) `  ( ( I `  C )  -  1 ) )  e.  CC )
6958, 60, 68subadd2d 9363 . . . . . . 7  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( ( 0  -  1 )  =  ( ( F `  C ) `  (
( I `  C
)  -  1 ) )  <->  ( ( ( F `  C ) `
 ( ( I `
 C )  - 
1 ) )  +  1 )  =  0 ) )
7056, 69mpbird 224 . . . . . 6  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( 0  -  1 )  =  ( ( F `  C
) `  ( (
I `  C )  -  1 ) ) )
7150, 70syl5eq 2432 . . . . 5  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  -u 1  =  ( ( F `  C
) `  ( (
I `  C )  -  1 ) ) )
72 0lt1 9483 . . . . . 6  |-  0  <  1
73 1re 9024 . . . . . . 7  |-  1  e.  RR
74 lt0neg2 9468 . . . . . . 7  |-  ( 1  e.  RR  ->  (
0  <  1  <->  -u 1  <  0 ) )
7573, 74ax-mp 8 . . . . . 6  |-  ( 0  <  1  <->  -u 1  <  0 )
7672, 75mpbi 200 . . . . 5  |-  -u 1  <  0
7771, 76syl6eqbrr 4192 . . . 4  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( ( F `
 C ) `  ( ( I `  C )  -  1 ) )  <  0
)
7877adantlr 696 . . 3  |-  ( ( ( C  e.  ( O  \  E )  /\  1  e.  C
)  /\  ( I `  C )  e.  C
)  ->  ( ( F `  C ) `  ( ( I `  C )  -  1 ) )  <  0
)
791, 2, 3, 4, 5, 7, 21, 49, 78ballotlemfcc 24531 . 2  |-  ( ( ( C  e.  ( O  \  E )  /\  1  e.  C
)  /\  ( I `  C )  e.  C
)  ->  E. k  e.  ( 1 ... (
( I `  C
)  -  1 ) ) ( ( F `
 C ) `  k )  =  0 )
801, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10ballotlemimin 24543 . . 3  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  -.  E. k  e.  ( 1 ... ( ( I `
 C )  - 
1 ) ) ( ( F `  C
) `  k )  =  0 )
8180ad2antrr 707 . 2  |-  ( ( ( C  e.  ( O  \  E )  /\  1  e.  C
)  /\  ( I `  C )  e.  C
)  ->  -.  E. k  e.  ( 1 ... (
( I `  C
)  -  1 ) ) ( ( F `
 C ) `  k )  =  0 )
8279, 81pm2.65da 560 1  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  -.  ( I `  C )  e.  C
)
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 177    /\ wa 359    = wceq 1649    e. wcel 1717    =/= wne 2551   A.wral 2650   E.wrex 2651   {crab 2654    \ cdif 3261    i^i cin 3263   ~Pcpw 3743   class class class wbr 4154    e. cmpt 4208   `'ccnv 4818   ` cfv 5395  (class class class)co 6021   supcsup 7381   CCcc 8922   RRcr 8923   0cc0 8924   1c1 8925    + caddc 8927    < clt 9054    <_ cle 9055    - cmin 9224   -ucneg 9225    / cdiv 9610   NNcn 9933   2c2 9982   ZZcz 10215   ZZ>=cuz 10421   ...cfz 10976   #chash 11546
This theorem is referenced by:  ballotlem7  24573
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1661  ax-8 1682  ax-13 1719  ax-14 1721  ax-6 1736  ax-7 1741  ax-11 1753  ax-12 1939  ax-ext 2369  ax-rep 4262  ax-sep 4272  ax-nul 4280  ax-pow 4319  ax-pr 4345  ax-un 4642  ax-cnex 8980  ax-resscn 8981  ax-1cn 8982  ax-icn 8983  ax-addcl 8984  ax-addrcl 8985  ax-mulcl 8986  ax-mulrcl 8987  ax-mulcom 8988  ax-addass 8989  ax-mulass 8990  ax-distr 8991  ax-i2m1 8992  ax-1ne0 8993  ax-1rid 8994  ax-rnegex 8995  ax-rrecex 8996  ax-cnre 8997  ax-pre-lttri 8998  ax-pre-lttrn 8999  ax-pre-ltadd 9000  ax-pre-mulgt0 9001
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2243  df-mo 2244  df-clab 2375  df-cleq 2381  df-clel 2384  df-nfc 2513  df-ne 2553  df-nel 2554  df-ral 2655  df-rex 2656  df-reu 2657  df-rmo 2658  df-rab 2659  df-v 2902  df-sbc 3106  df-csb 3196  df-dif 3267  df-un 3269  df-in 3271  df-ss 3278  df-pss 3280  df-nul 3573  df-if 3684  df-pw 3745  df-sn 3764  df-pr 3765  df-tp 3766  df-op 3767  df-uni 3959  df-int 3994  df-iun 4038  df-br 4155  df-opab 4209  df-mpt 4210  df-tr 4245  df-eprel 4436  df-id 4440  df-po 4445  df-so 4446  df-fr 4483  df-we 4485  df-ord 4526  df-on 4527  df-lim 4528  df-suc 4529  df-om 4787  df-xp 4825  df-rel 4826  df-cnv 4827  df-co 4828  df-dm 4829  df-rn 4830  df-res 4831  df-ima 4832  df-iota 5359  df-fun 5397  df-fn 5398  df-f 5399  df-f1 5400  df-fo 5401  df-f1o 5402  df-fv 5403  df-ov 6024  df-oprab 6025  df-mpt2 6026  df-1st 6289  df-2nd 6290  df-riota 6486  df-recs 6570  df-rdg 6605  df-1o 6661  df-oadd 6665  df-er 6842  df-en 7047  df-dom 7048  df-sdom 7049  df-fin 7050  df-sup 7382  df-card 7760  df-cda 7982  df-pnf 9056  df-mnf 9057  df-xr 9058  df-ltxr 9059  df-le 9060  df-sub 9226  df-neg 9227  df-nn 9934  df-2 9991  df-n0 10155  df-z 10216  df-uz 10422  df-fz 10977  df-hash 11547
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