Theorem ballotlemfrci 30589

Description: Reverse counting preserves a tie at the first tie. (Contributed by Thierry Arnoux, 21-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)))
ballotth.r	⊢ 𝑅 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
ballotlemg	⊢ ↑ = (𝑢 ∈ Fin, 𝑣 ∈ Fin ↦ ((#‘(𝑣 ∩ 𝑢)) − (#‘(𝑣 ∖ 𝑢))))

Assertion

Ref	Expression
ballotlemfrci	⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘(𝐼‘𝐶)) = 0)

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   𝑆,𝑘,𝑖,𝑐   𝑅,𝑖   𝑣,𝑢,𝐶   𝑢,𝐼,𝑣   𝑢,𝑅,𝑣   𝑢,𝑆,𝑣

Allowed substitution hints:   𝐶(𝑥,𝑐)   𝑃(𝑥,𝑣,𝑢,𝑖,𝑘,𝑐)   𝑅(𝑥,𝑘,𝑐)   𝑆(𝑥)   𝐸(𝑥,𝑣,𝑢)   ↑ (𝑥,𝑣,𝑢,𝑖,𝑘,𝑐)   𝐹(𝑥,𝑣,𝑢)   𝐼(𝑥)   𝑀(𝑥,𝑣,𝑢)   𝑁(𝑥,𝑣,𝑢)   𝑂(𝑥,𝑣,𝑢)

Proof of Theorem ballotlemfrci

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ballotth.m	. . . . . . 7 ⊢ 𝑀 ∈ ℕ
2		ballotth.n	. . . . . . 7 ⊢ 𝑁 ∈ ℕ
3		ballotth.o	. . . . . . 7 ⊢ 𝑂 = {𝑐 ∈ 𝒫 (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ (#‘𝑐) = 𝑀}
4		ballotth.p	. . . . . . 7 ⊢ 𝑃 = (𝑥 ∈ 𝒫 𝑂 ↦ ((#‘𝑥) / (#‘𝑂)))
5		ballotth.f	. . . . . . 7 ⊢ 𝐹 = (𝑐 ∈ 𝑂 ↦ (𝑖 ∈ ℤ ↦ ((#‘((1...𝑖) ∩ 𝑐)) − (#‘((1...𝑖) ∖ 𝑐)))))
6		ballotth.e	. . . . . . 7 ⊢ 𝐸 = {𝑐 ∈ 𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹‘𝑐)‘𝑖)}
7		ballotth.mgtn	. . . . . . 7 ⊢ 𝑁 < 𝑀
8		ballotth.i	. . . . . . 7 ⊢ 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
9	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8	ballotlemiex 30563	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∧ ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0))
10	9	simpld 475	. . . . 5 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)))
11		elfzuz 12338	. . . . 5 ⊢ ((𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) → (𝐼‘𝐶) ∈ (ℤ≥‘1))
12		eluzfz2 12349	. . . . 5 ⊢ ((𝐼‘𝐶) ∈ (ℤ≥‘1) → (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))
13	10, 11, 12	3syl 18	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝐼‘𝐶)))
14		ballotth.s	. . . . 5 ⊢ 𝑆 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ (𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ↦ if(𝑖 ≤ (𝐼‘𝑐), (((𝐼‘𝑐) + 1) − 𝑖), 𝑖)))
15		ballotth.r	. . . . 5 ⊢ 𝑅 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
16		ballotlemg	. . . . 5 ⊢ ↑ = (𝑢 ∈ Fin, 𝑣 ∈ Fin ↦ ((#‘(𝑣 ∩ 𝑢)) − (#‘(𝑣 ∖ 𝑢))))
17	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 14, 15, 16	ballotlemfrc 30588	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ (1...(𝐼‘𝐶))) → ((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘(𝐼‘𝐶)) = (𝐶 ↑ (((𝑆‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶))...(𝐼‘𝐶))))
18	13, 17	mpdan 702	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘(𝐼‘𝐶)) = (𝐶 ↑ (((𝑆‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶))...(𝐼‘𝐶))))
19	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 14	ballotlemsi 30576	. . . . 5 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝑆‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 1)
20	19	oveq1d 6665	. . . 4 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (((𝑆‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶))...(𝐼‘𝐶)) = (1...(𝐼‘𝐶)))
21	20	oveq2d 6666	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐶 ↑ (((𝑆‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶))...(𝐼‘𝐶))) = (𝐶 ↑ (1...(𝐼‘𝐶))))
22	18, 21	eqtrd 2656	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘(𝐼‘𝐶)) = (𝐶 ↑ (1...(𝐼‘𝐶))))
23		1eluzge0 11732	. . . . 5 ⊢ 1 ∈ (ℤ≥‘0)
24		fzss1 12380	. . . . 5 ⊢ (1 ∈ (ℤ≥‘0) → (1...(𝑀 + 𝑁)) ⊆ (0...(𝑀 + 𝑁)))
25	23, 24	ax-mp 5	. . . 4 ⊢ (1...(𝑀 + 𝑁)) ⊆ (0...(𝑀 + 𝑁))
26	25, 10	sseldi 3601	. . 3 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → (𝐼‘𝐶) ∈ (0...(𝑀 + 𝑁)))
27	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 14, 15, 16	ballotlemfg 30587	. . 3 ⊢ ((𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ (𝐼‘𝐶) ∈ (0...(𝑀 + 𝑁))) → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = (𝐶 ↑ (1...(𝐼‘𝐶))))
28	26, 27	mpdan 702	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = (𝐶 ↑ (1...(𝐼‘𝐶))))
29	9	simprd 479	. 2 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐹‘𝐶)‘(𝐼‘𝐶)) = 0)
30	22, 28, 29	3eqtr2d 2662	1 ⊢ (𝐶 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) → ((𝐹‘(𝑅‘𝐶))‘(𝐼‘𝐶)) = 0)

Syntax hints:   → wi 4   = wceq 1483   ∈ wcel 1990  ∀wral 2912  {crab 2916   ∖ cdif 3571   ∩ cin 3573   ⊆ wss 3574  ifcif 4086  𝒫 cpw 4158   class class class wbr 4653   ↦ cmpt 4729   “ cima 5117  ‘cfv 5888  (class class class)co 6650   ↦ cmpt2 6652  Fincfn 7955  infcinf 8347  ℝcr 9935  0cc0 9936  1c1 9937   + caddc 9939   < clt 10074   ≤ cle 10075   − cmin 10266   / cdiv 10684  ℕcn 11020  ℤcz 11377  ℤ_≥cuz 11687  ...cfz 12326  #chash 13117

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-rep 4771  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rmo 2920  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-int 4476  df-iun 4522  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-om 7066  df-1st 7168  df-2nd 7169  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-1o 7560  df-oadd 7564  df-er 7742  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-fin 7959  df-sup 8348  df-inf 8349  df-card 8765  df-cda 8990  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-nn 11021  df-2 11079  df-n0 11293  df-z 11378  df-uz 11688  df-rp 11833  df-fz 12327  df-hash 13118

This theorem is referenced by:  ballotlemrc  30592  ballotlemirc  30593