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Theorem sticksstones6

Description: Function induces an order isomorphism for sticks and stones theorem. (Contributed by metakunt, 1-Oct-2024)

Ref Expression
Hypotheses sticksstones6.1 φ N 0
sticksstones6.2 φ K 0
sticksstones6.3 φ G : 1 K + 1 0
sticksstones6.4 φ X 1 K
sticksstones6.5 φ Y 1 K
sticksstones6.6 φ X < Y
sticksstones6.7 F = x 1 K x + i = 1 x G i
Assertion sticksstones6 φ F X < F Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sticksstones6.1 φ N 0
2 sticksstones6.2 φ K 0
3 sticksstones6.3 φ G : 1 K + 1 0
4 sticksstones6.4 φ X 1 K
5 sticksstones6.5 φ Y 1 K
6 sticksstones6.6 φ X < Y
7 sticksstones6.7 F = x 1 K x + i = 1 x G i
8 elfznn X 1 K X
9 4 8 syl φ X
10 9 nnred φ X
11 fzfid φ 1 X Fin
12 1zzd φ i 1 X 1
13 2 nn0zd φ K
14 13 adantr φ i 1 X K
15 14 peano2zd φ i 1 X K + 1
16 elfznn i 1 X i
17 16 adantl φ i 1 X i
18 17 nnzd φ i 1 X i
19 17 nnge1d φ i 1 X 1 i
20 17 nnred φ i 1 X i
21 14 zred φ i 1 X K
22 15 zred φ i 1 X K + 1
23 9 adantr φ i 1 X X
24 23 nnred φ i 1 X X
25 elfzle2 i 1 X i X
26 25 adantl φ i 1 X i X
27 elfzle2 X 1 K X K
28 4 27 syl φ X K
29 28 adantr φ i 1 X X K
30 20 24 21 26 29 letrd φ i 1 X i K
31 21 lep1d φ i 1 X K K + 1
32 20 21 22 30 31 letrd φ i 1 X i K + 1
33 12 15 18 19 32 elfzd φ i 1 X i 1 K + 1
34 3 adantr φ i 1 K + 1 G : 1 K + 1 0
35 simpr φ i 1 K + 1 i 1 K + 1
36 34 35 ffvelrnd φ i 1 K + 1 G i 0
37 36 adantlr φ i 1 X i 1 K + 1 G i 0
38 33 37 mpdan φ i 1 X G i 0
39 11 38 fsumnn0cl φ i = 1 X G i 0
40 39 nn0red φ i = 1 X G i
41 elfznn Y 1 K Y
42 5 41 syl φ Y
43 42 nnred φ Y
44 fzfid φ X + 1 Y Fin
45 1zzd φ i X + 1 Y 1
46 13 adantr φ i X + 1 Y K
47 46 peano2zd φ i X + 1 Y K + 1
48 elfzelz i X + 1 Y i
49 48 adantl φ i X + 1 Y i
50 1red φ i X + 1 Y 1
51 10 adantr φ i X + 1 Y X
52 51 50 readdcld φ i X + 1 Y X + 1
53 49 zred φ i X + 1 Y i
54 1red φ 1
55 10 54 readdcld φ X + 1
56 9 nnge1d φ 1 X
57 10 ltp1d φ X < X + 1
58 10 55 57 ltled φ X X + 1
59 54 10 55 56 58 letrd φ 1 X + 1
60 59 adantr φ i X + 1 Y 1 X + 1
61 elfzle1 i X + 1 Y X + 1 i
62 61 adantl φ i X + 1 Y X + 1 i
63 50 52 53 60 62 letrd φ i X + 1 Y 1 i
64 43 adantr φ i X + 1 Y Y
65 47 zred φ i X + 1 Y K + 1
66 elfzle2 i X + 1 Y i Y
67 66 adantl φ i X + 1 Y i Y
68 46 zred φ i X + 1 Y K
69 elfzle2 Y 1 K Y K
70 5 69 syl φ Y K
71 70 adantr φ i X + 1 Y Y K
72 68 lep1d φ i X + 1 Y K K + 1
73 64 68 65 71 72 letrd φ i X + 1 Y Y K + 1
74 53 64 65 67 73 letrd φ i X + 1 Y i K + 1
75 45 47 49 63 74 elfzd φ i X + 1 Y i 1 K + 1
76 36 adantlr φ i X + 1 Y i 1 K + 1 G i 0
77 75 76 mpdan φ i X + 1 Y G i 0
78 77 nn0red φ i X + 1 Y G i
79 44 78 fsumrecl φ i = X + 1 Y G i
80 40 79 readdcld φ i = 1 X G i + i = X + 1 Y G i
81 77 nn0ge0d φ i X + 1 Y 0 G i
82 44 78 81 fsumge0 φ 0 i = X + 1 Y G i
83 40 79 addge01d φ 0 i = X + 1 Y G i i = 1 X G i i = 1 X G i + i = X + 1 Y G i
84 82 83 mpbid φ i = 1 X G i i = 1 X G i + i = X + 1 Y G i
85 10 40 43 80 6 84 ltleaddd φ X + i = 1 X G i < Y + i = 1 X G i + i = X + 1 Y G i
86 7 a1i φ F = x 1 K x + i = 1 x G i
87 simpr φ x = X x = X
88 87 oveq2d φ x = X 1 x = 1 X
89 88 sumeq1d φ x = X i = 1 x G i = i = 1 X G i
90 87 89 oveq12d φ x = X x + i = 1 x G i = X + i = 1 X G i
91 9 nnnn0d φ X 0
92 91 39 nn0addcld φ X + i = 1 X G i 0
93 86 90 4 92 fvmptd φ F X = X + i = 1 X G i
94 93 eqcomd φ X + i = 1 X G i = F X
95 simpr φ x = Y x = Y
96 95 oveq2d φ x = Y 1 x = 1 Y
97 96 sumeq1d φ x = Y i = 1 x G i = i = 1 Y G i
98 95 97 oveq12d φ x = Y x + i = 1 x G i = Y + i = 1 Y G i
99 42 nnnn0d φ Y 0
100 fzfid φ 1 Y Fin
101 1zzd φ i 1 Y 1
102 13 adantr φ i 1 Y K
103 102 peano2zd φ i 1 Y K + 1
104 elfzelz i 1 Y i
105 104 adantl φ i 1 Y i
106 elfzle1 i 1 Y 1 i
107 106 adantl φ i 1 Y 1 i
108 105 zred φ i 1 Y i
109 43 adantr φ i 1 Y Y
110 103 zred φ i 1 Y K + 1
111 elfzle2 i 1 Y i Y
112 111 adantl φ i 1 Y i Y
113 102 zred φ i 1 Y K
114 70 adantr φ i 1 Y Y K
115 113 lep1d φ i 1 Y K K + 1
116 109 113 110 114 115 letrd φ i 1 Y Y K + 1
117 108 109 110 112 116 letrd φ i 1 Y i K + 1
118 101 103 105 107 117 elfzd φ i 1 Y i 1 K + 1
119 36 adantlr φ i 1 Y i 1 K + 1 G i 0
120 118 119 mpdan φ i 1 Y G i 0
121 100 120 fsumnn0cl φ i = 1 Y G i 0
122 99 121 nn0addcld φ Y + i = 1 Y G i 0
123 86 98 5 122 fvmptd φ F Y = Y + i = 1 Y G i
124 fzdisj X < X + 1 1 X X + 1 Y =
125 57 124 syl φ 1 X X + 1 Y =
126 1zzd φ 1
127 99 nn0zd φ Y
128 91 nn0zd φ X
129 10 43 6 ltled φ X Y
130 126 127 128 56 129 elfzd φ X 1 Y
131 fzsplit X 1 Y 1 Y = 1 X X + 1 Y
132 130 131 syl φ 1 Y = 1 X X + 1 Y
133 120 nn0red φ i 1 Y G i
134 133 recnd φ i 1 Y G i
135 125 132 100 134 fsumsplit φ i = 1 Y G i = i = 1 X G i + i = X + 1 Y G i
136 135 oveq2d φ Y + i = 1 Y G i = Y + i = 1 X G i + i = X + 1 Y G i
137 123 136 eqtrd φ F Y = Y + i = 1 X G i + i = X + 1 Y G i
138 137 eqcomd φ Y + i = 1 X G i + i = X + 1 Y G i = F Y
139 85 94 138 3brtr3d φ F X < F Y