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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 ∈ ℕ 0
sticksstones6.2 ⊢ φ → K ∈ ℕ 0
sticksstones6.3 ⊢ φ → G : 1 … K + 1 ⟶ ℕ 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 ∈ ℕ 0
2 sticksstones6.2 ⊢ φ → K ∈ ℕ 0
3 sticksstones6.3 ⊢ φ → G : 1 … K + 1 ⟶ ℕ 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 ∈ ℕ
9 4 8 syl ⊢ φ → X ∈ ℕ
10 9 nnred ⊢ φ → X ∈ ℝ
11 fzfid ⊢ φ → 1 … X ∈ Fin
12 1zzd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … X → 1 ∈ ℤ
13 2 nn0zd ⊢ φ → K ∈ ℤ
14 13 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … X → K ∈ ℤ
15 14 peano2zd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … X → K + 1 ∈ ℤ
16 elfznn ⊢ i ∈ 1 … X → i ∈ ℕ
17 16 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … X → i ∈ ℕ
18 17 nnzd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … X → i ∈ ℤ
19 17 nnge1d ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … X → 1 ≤ i
20 17 nnred ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … X → i ∈ ℝ
21 14 zred ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … X → K ∈ ℝ
22 15 zred ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … X → K + 1 ∈ ℝ
23 9 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … X → X ∈ ℕ
24 23 nnred ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … X → X ∈ ℝ
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 ⟶ ℕ 0
35 simpr ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … K + 1 → i ∈ 1 … K + 1
36 34 35 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … K + 1 → G ⁡ i ∈ ℕ 0
37 36 adantlr ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … X ∧ i ∈ 1 … K + 1 → G ⁡ i ∈ ℕ 0
38 33 37 mpdan ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … X → G ⁡ i ∈ ℕ 0
39 11 38 fsumnn0cl ⊢ φ → ∑ i = 1 X G ⁡ i ∈ ℕ 0
40 39 nn0red ⊢ φ → ∑ i = 1 X G ⁡ i ∈ ℝ
41 elfznn ⊢ Y ∈ 1 … K → Y ∈ ℕ
42 5 41 syl ⊢ φ → Y ∈ ℕ
43 42 nnred ⊢ φ → Y ∈ ℝ
44 fzfid ⊢ φ → X + 1 … Y ∈ Fin
45 1zzd ⊢ φ ∧ i ∈ X + 1 … Y → 1 ∈ ℤ
46 13 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ X + 1 … Y → K ∈ ℤ
47 46 peano2zd ⊢ φ ∧ i ∈ X + 1 … Y → K + 1 ∈ ℤ
48 elfzelz ⊢ i ∈ X + 1 … Y → i ∈ ℤ
49 48 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ X + 1 … Y → i ∈ ℤ
50 1red ⊢ φ ∧ i ∈ X + 1 … Y → 1 ∈ ℝ
51 10 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ X + 1 … Y → X ∈ ℝ
52 51 50 readdcld ⊢ φ ∧ i ∈ X + 1 … Y → X + 1 ∈ ℝ
53 49 zred ⊢ φ ∧ i ∈ X + 1 … Y → i ∈ ℝ
54 1red ⊢ φ → 1 ∈ ℝ
55 10 54 readdcld ⊢ φ → X + 1 ∈ ℝ
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 ∈ ℝ
65 47 zred ⊢ φ ∧ i ∈ X + 1 … Y → K + 1 ∈ ℝ
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 ∈ ℝ
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 ∈ ℕ 0
77 75 76 mpdan ⊢ φ ∧ i ∈ X + 1 … Y → G ⁡ i ∈ ℕ 0
78 77 nn0red ⊢ φ ∧ i ∈ X + 1 … Y → G ⁡ i ∈ ℝ
79 44 78 fsumrecl ⊢ φ → ∑ i = X + 1 Y G ⁡ i ∈ ℝ
80 40 79 readdcld ⊢ φ → ∑ i = 1 X G ⁡ i + ∑ i = X + 1 Y G ⁡ i ∈ ℝ
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 ∈ ℕ 0
92 91 39 nn0addcld ⊢ φ → X + ∑ i = 1 X G ⁡ i ∈ ℕ 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 ∈ ℕ 0
100 fzfid ⊢ φ → 1 … Y ∈ Fin
101 1zzd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … Y → 1 ∈ ℤ
102 13 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … Y → K ∈ ℤ
103 102 peano2zd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … Y → K + 1 ∈ ℤ
104 elfzelz ⊢ i ∈ 1 … Y → i ∈ ℤ
105 104 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … Y → i ∈ ℤ
106 elfzle1 ⊢ i ∈ 1 … Y → 1 ≤ i
107 106 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … Y → 1 ≤ i
108 105 zred ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … Y → i ∈ ℝ
109 43 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … Y → Y ∈ ℝ
110 103 zred ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … Y → K + 1 ∈ ℝ
111 elfzle2 ⊢ i ∈ 1 … Y → i ≤ Y
112 111 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … Y → i ≤ Y
113 102 zred ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … Y → K ∈ ℝ
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 ∈ ℕ 0
120 118 119 mpdan ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … Y → G ⁡ i ∈ ℕ 0
121 100 120 fsumnn0cl ⊢ φ → ∑ i = 1 Y G ⁡ i ∈ ℕ 0
122 99 121 nn0addcld ⊢ φ → Y + ∑ i = 1 Y G ⁡ i ∈ ℕ 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 ∈ ℤ
127 99 nn0zd ⊢ φ → Y ∈ ℤ
128 91 nn0zd ⊢ φ → X ∈ ℤ
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 ∈ ℝ
134 133 recnd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … Y → G ⁡ i ∈ ℂ
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