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Theorem ballotlem1c 24757
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 3461 . . . 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 24751 . . . . . . . . 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 11072 . . . . . . . 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 24753 . . . . . 6  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  ( I `  C
)  =/=  1 )
17 eluz2b3 10541 . . . . . 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 10542 . . . . 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 10514 . . . . . . 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 11056 . . . . . 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 9543 . . . . . . 7  |-  0  <_  1
28 1e0p1 10402 . . . . . . 7  |-  1  =  ( 0  +  1 )
2927, 28breqtri 4227 . . . . . 6  |-  0  <_  ( 0  +  1 )
30 1nn 10003 . . . . . . . . . . 11  |-  1  e.  NN
3130a1i 11 . . . . . . . . . 10  |-  ( C  e.  ( O  \  E )  ->  1  e.  NN )
321, 2, 3, 4, 5, 6, 31ballotlemfp1 24741 . . . . . . . . 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 10060 . . . . . . . . . 10  |-  ( 1  -  1 )  =  0
3635fveq2i 5723 . . . . . . . . 9  |-  ( ( F `  C ) `
 ( 1  -  1 ) )  =  ( ( F `  C ) `  0
)
3736oveq1i 6083 . . . . . . . 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 24745 . . . . . . . . . 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 6088 . . . . . . 7  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  ( ( ( F `
 C ) ` 
0 )  +  1 )  =  ( 0  +  1 ) )
4334, 38, 423eqtrrd 2472 . . . . . 6  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  1  e.  C )  ->  ( 0  +  1 )  =  ( ( F `  C ) `
 1 ) )
4429, 43syl5breq 4239 . . . . 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 5720 . . . . . 6  |-  ( i  =  1  ->  (
( F `  C
) `  i )  =  ( ( F `
 C ) ` 
1 ) )
4746breq2d 4216 . . . . 5  |-  ( i  =  1  ->  (
0  <_  ( ( F `  C ) `  i )  <->  0  <_  ( ( F `  C
) `  1 )
) )
4847rspcev 3044 . . . 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 9286 . . . . . 6  |-  -u 1  =  ( 0  -  1 )
511, 2, 3, 4, 5, 6, 14ballotlemfp1 24741 . . . . . . . . . 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 2469 . . . . . . 7  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( ( ( F `  C ) `
 ( ( I `
 C )  - 
1 ) )  +  1 )  =  0 )
57 0cn 9076 . . . . . . . . 9  |-  0  e.  CC
5857a1i 11 . . . . . . . 8  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  0  e.  CC )
59 ax-1cn 9040 . . . . . . . . 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 10366 . . . . . . . . . . . 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 10303 . . . . . . . . . . . 12  |-  1  e.  ZZ
6564a1i 11 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  1  e.  ZZ )
6663, 65zsubcld 10372 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( ( I `
 C )  - 
1 )  e.  ZZ )
671, 2, 3, 4, 5, 61, 66ballotlemfelz 24740 . . . . . . . . 9  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( ( F `
 C ) `  ( ( I `  C )  -  1 ) )  e.  ZZ )
6867zcnd 10368 . . . . . . . 8  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  ( ( F `
 C ) `  ( ( I `  C )  -  1 ) )  e.  CC )
6958, 60, 68subadd2d 9422 . . . . . . 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 2479 . . . . 5  |-  ( ( C  e.  ( O 
\  E )  /\  ( I `  C
)  e.  C )  ->  -u 1  =  ( ( F `  C
) `  ( (
I `  C )  -  1 ) ) )
72 0lt1 9542 . . . . . 6  |-  0  <  1
73 1re 9082 . . . . . . 7  |-  1  e.  RR
74 lt0neg2 9527 . . . . . . 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 4242 . . . 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 24743 . 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 24755 . . 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 1652    e. wcel 1725    =/= wne 2598   A.wral 2697   E.wrex 2698   {crab 2701    \ cdif 3309    i^i cin 3311   ~Pcpw 3791   class class class wbr 4204    e. cmpt 4258   `'ccnv 4869   ` cfv 5446  (class class class)co 6073   supcsup 7437   CCcc 8980   RRcr 8981   0cc0 8982   1c1 8983    + caddc 8985    < clt 9112    <_ cle 9113    - cmin 9283   -ucneg 9284    / cdiv 9669   NNcn 9992   2c2 10041   ZZcz 10274   ZZ>=cuz 10480   ...cfz 11035   #chash 11610
This theorem is referenced by:  ballotlem7  24785
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1555  ax-5 1566  ax-17 1626  ax-9 1666  ax-8 1687  ax-13 1727  ax-14 1729  ax-6 1744  ax-7 1749  ax-11 1761  ax-12 1950  ax-ext 2416  ax-rep 4312  ax-sep 4322  ax-nul 4330  ax-pow 4369  ax-pr 4395  ax-un 4693  ax-cnex 9038  ax-resscn 9039  ax-1cn 9040  ax-icn 9041  ax-addcl 9042  ax-addrcl 9043  ax-mulcl 9044  ax-mulrcl 9045  ax-mulcom 9046  ax-addass 9047  ax-mulass 9048  ax-distr 9049  ax-i2m1 9050  ax-1ne0 9051  ax-1rid 9052  ax-rnegex 9053  ax-rrecex 9054  ax-cnre 9055  ax-pre-lttri 9056  ax-pre-lttrn 9057  ax-pre-ltadd 9058  ax-pre-mulgt0 9059
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1328  df-ex 1551  df-nf 1554  df-sb 1659  df-eu 2284  df-mo 2285  df-clab 2422  df-cleq 2428  df-clel 2431  df-nfc 2560  df-ne 2600  df-nel 2601  df-ral 2702  df-rex 2703  df-reu 2704  df-rmo 2705  df-rab 2706  df-v 2950  df-sbc 3154  df-csb 3244  df-dif 3315  df-un 3317  df-in 3319  df-ss 3326  df-pss 3328  df-nul 3621  df-if 3732  df-pw 3793  df-sn 3812  df-pr 3813  df-tp 3814  df-op 3815  df-uni 4008  df-int 4043  df-iun 4087  df-br 4205  df-opab 4259  df-mpt 4260  df-tr 4295  df-eprel 4486  df-id 4490  df-po 4495  df-so 4496  df-fr 4533  df-we 4535  df-ord 4576  df-on 4577  df-lim 4578  df-suc 4579  df-om 4838  df-xp 4876  df-rel 4877  df-cnv 4878  df-co 4879  df-dm 4880  df-rn 4881  df-res 4882  df-ima 4883  df-iota 5410  df-fun 5448  df-fn 5449  df-f 5450  df-f1 5451  df-fo 5452  df-f1o 5453  df-fv 5454  df-ov 6076  df-oprab 6077  df-mpt2 6078  df-1st 6341  df-2nd 6342  df-riota 6541  df-recs 6625  df-rdg 6660  df-1o 6716  df-oadd 6720  df-er 6897  df-en 7102  df-dom 7103  df-sdom 7104  df-fin 7105  df-sup 7438  df-card 7818  df-cda 8040  df-pnf 9114  df-mnf 9115  df-xr 9116  df-ltxr 9117  df-le 9118  df-sub 9285  df-neg 9286  df-nn 9993  df-2 10050  df-n0 10214  df-z 10275  df-uz 10481  df-fz 11036  df-hash 11611
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