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Theorem ballotlemfrc

Description: Express the value of ( F( RC ) ) in terms of the newly defined .^ . (Contributed by Thierry Arnoux, 21-Apr-2017)

Ref Expression
Hypotheses 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 ballotlemfrc ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → F ⁡ R ⁡ C ⁡ J = C × ˙ S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ballotth.m ⊢ M ∈ ℕ
2 ballotth.n ⊢ N ∈ ℕ
3 ballotth.o ⊢ O = c ∈ 𝒫 1 … M + N | c = M
4 ballotth.p ⊢ P = x ∈ 𝒫 O ⟼ x O
5 ballotth.f ⊢ F = c ∈ O ⟼ i ∈ ℤ ⟼ 1 … i ∩ c − 1 … i ∖ c
6 ballotth.e ⊢ E = c ∈ O | ∀ i ∈ 1 … M + N 0 < F ⁡ c ⁡ i
7 ballotth.mgtn ⊢ N < M
8 ballotth.i ⊢ I = c ∈ O ∖ E ⟼ inf k ∈ 1 … M + N | F ⁡ c ⁡ k = 0 ℝ <
9 ballotth.s ⊢ S = c ∈ O ∖ E ⟼ i ∈ 1 … M + N ⟼ if i ≤ I ⁡ c I ⁡ c + 1 - i i
10 ballotth.r ⊢ R = c ∈ O ∖ E ⟼ S ⁡ c c
11 ballotlemg ⊢ × ˙ = u ∈ Fin , v ∈ Fin ⟼ v ∩ u − v ∖ u
12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ballotlemsf1o ⊢ C ∈ O ∖ E → S ⁡ C : 1 … M + N ⟶ 1-1 onto 1 … M + N ∧ S ⁡ C -1 = S ⁡ C
13 12 simpld ⊢ C ∈ O ∖ E → S ⁡ C : 1 … M + N ⟶ 1-1 onto 1 … M + N
14 f1of1 ⊢ S ⁡ C : 1 … M + N ⟶ 1-1 onto 1 … M + N → S ⁡ C : 1 … M + N ⟶ 1-1 1 … M + N
15 13 14 syl ⊢ C ∈ O ∖ E → S ⁡ C : 1 … M + N ⟶ 1-1 1 … M + N
16 15 adantr ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C : 1 … M + N ⟶ 1-1 1 … M + N
17 1 2 3 4 5 6 7 8 ballotlemiex ⊢ C ∈ O ∖ E → I ⁡ C ∈ 1 … M + N ∧ F ⁡ C ⁡ I ⁡ C = 0
18 17 simpld ⊢ C ∈ O ∖ E → I ⁡ C ∈ 1 … M + N
19 18 adantr ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → I ⁡ C ∈ 1 … M + N
20 elfzuz3 ⊢ I ⁡ C ∈ 1 … M + N → M + N ∈ ℤ ≥ I ⁡ C
21 19 20 syl ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → M + N ∈ ℤ ≥ I ⁡ C
22 elfzuz3 ⊢ J ∈ 1 … I ⁡ C → I ⁡ C ∈ ℤ ≥ J
23 22 adantl ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → I ⁡ C ∈ ℤ ≥ J
24 uztrn ⊢ M + N ∈ ℤ ≥ I ⁡ C ∧ I ⁡ C ∈ ℤ ≥ J → M + N ∈ ℤ ≥ J
25 21 23 24 syl2anc ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → M + N ∈ ℤ ≥ J
26 fzss2 ⊢ M + N ∈ ℤ ≥ J → 1 … J ⊆ 1 … M + N
27 25 26 syl ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → 1 … J ⊆ 1 … M + N
28 ssinss1 ⊢ 1 … J ⊆ 1 … M + N → 1 … J ∩ R ⁡ C ⊆ 1 … M + N
29 27 28 syl ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → 1 … J ∩ R ⁡ C ⊆ 1 … M + N
30 f1ores ⊢ S ⁡ C : 1 … M + N ⟶ 1-1 1 … M + N ∧ 1 … J ∩ R ⁡ C ⊆ 1 … M + N → S ⁡ C ↾ 1 … J ∩ R ⁡ C : 1 … J ∩ R ⁡ C ⟶ 1-1 onto S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C
31 16 29 30 syl2anc ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C ↾ 1 … J ∩ R ⁡ C : 1 … J ∩ R ⁡ C ⟶ 1-1 onto S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C
32 ovex ⊢ 1 … J ∈ V
33 32 inex1 ⊢ 1 … J ∩ R ⁡ C ∈ V
34 33 f1oen ⊢ S ⁡ C ↾ 1 … J ∩ R ⁡ C : 1 … J ∩ R ⁡ C ⟶ 1-1 onto S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C → 1 … J ∩ R ⁡ C ≈ S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C
35 hasheni ⊢ 1 … J ∩ R ⁡ C ≈ S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C → 1 … J ∩ R ⁡ C = S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C
36 31 34 35 3syl ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → 1 … J ∩ R ⁡ C = S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C
37 27 ssdifssd ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → 1 … J ∖ R ⁡ C ⊆ 1 … M + N
38 f1ores ⊢ S ⁡ C : 1 … M + N ⟶ 1-1 1 … M + N ∧ 1 … J ∖ R ⁡ C ⊆ 1 … M + N → S ⁡ C ↾ 1 … J ∖ R ⁡ C : 1 … J ∖ R ⁡ C ⟶ 1-1 onto S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C
39 16 37 38 syl2anc ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C ↾ 1 … J ∖ R ⁡ C : 1 … J ∖ R ⁡ C ⟶ 1-1 onto S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C
40 difexg ⊢ 1 … J ∈ V → 1 … J ∖ R ⁡ C ∈ V
41 32 40 ax-mp ⊢ 1 … J ∖ R ⁡ C ∈ V
42 41 f1oen ⊢ S ⁡ C ↾ 1 … J ∖ R ⁡ C : 1 … J ∖ R ⁡ C ⟶ 1-1 onto S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C → 1 … J ∖ R ⁡ C ≈ S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C
43 hasheni ⊢ 1 … J ∖ R ⁡ C ≈ S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C → 1 … J ∖ R ⁡ C = S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C
44 39 42 43 3syl ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → 1 … J ∖ R ⁡ C = S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C
45 36 44 oveq12d ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → 1 … J ∩ R ⁡ C − 1 … J ∖ R ⁡ C = S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C − S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C
46 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ballotlemro ⊢ C ∈ O ∖ E → R ⁡ C ∈ O
47 46 adantr ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → R ⁡ C ∈ O
48 elfzelz ⊢ J ∈ 1 … I ⁡ C → J ∈ ℤ
49 48 adantl ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → J ∈ ℤ
50 1 2 3 4 5 47 49 ballotlemfval ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → F ⁡ R ⁡ C ⁡ J = 1 … J ∩ R ⁡ C − 1 … J ∖ R ⁡ C
51 fzfi ⊢ 1 … M + N ∈ Fin
52 eldifi ⊢ C ∈ O ∖ E → C ∈ O
53 1 2 3 ballotlemelo ⊢ C ∈ O ↔ C ⊆ 1 … M + N ∧ C = M
54 53 simplbi ⊢ C ∈ O → C ⊆ 1 … M + N
55 52 54 syl ⊢ C ∈ O ∖ E → C ⊆ 1 … M + N
56 55 adantr ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → C ⊆ 1 … M + N
57 ssfi ⊢ 1 … M + N ∈ Fin ∧ C ⊆ 1 … M + N → C ∈ Fin
58 51 56 57 sylancr ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → C ∈ Fin
59 fzfid ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∈ Fin
60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ballotlemgval ⊢ C ∈ Fin ∧ S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∈ Fin → C × ˙ S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C = S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∩ C − S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∖ C
61 58 59 60 syl2anc ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → C × ˙ S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C = S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∩ C − S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∖ C
62 dff1o3 ⊢ S ⁡ C : 1 … M + N ⟶ 1-1 onto 1 … M + N ↔ S ⁡ C : 1 … M + N ⟶ onto 1 … M + N ∧ Fun ⁡ S ⁡ C -1
63 62 simprbi ⊢ S ⁡ C : 1 … M + N ⟶ 1-1 onto 1 … M + N → Fun ⁡ S ⁡ C -1
64 imain ⊢ Fun ⁡ S ⁡ C -1 → S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C = S ⁡ C 1 … J ∩ S ⁡ C R ⁡ C
65 13 63 64 3syl ⊢ C ∈ O ∖ E → S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C = S ⁡ C 1 … J ∩ S ⁡ C R ⁡ C
66 65 adantr ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C = S ⁡ C 1 … J ∩ S ⁡ C R ⁡ C
67 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ballotlemsima ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C 1 … J = S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C
68 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ballotlemscr ⊢ C ∈ O ∖ E → S ⁡ C R ⁡ C = C
69 68 adantr ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C R ⁡ C = C
70 67 69 ineq12d ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C 1 … J ∩ S ⁡ C R ⁡ C = S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∩ C
71 66 70 eqtrd ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C = S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∩ C
72 71 fveq2d ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C = S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∩ C
73 imadif ⊢ Fun ⁡ S ⁡ C -1 → S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C = S ⁡ C 1 … J ∖ S ⁡ C R ⁡ C
74 13 63 73 3syl ⊢ C ∈ O ∖ E → S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C = S ⁡ C 1 … J ∖ S ⁡ C R ⁡ C
75 74 adantr ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C = S ⁡ C 1 … J ∖ S ⁡ C R ⁡ C
76 67 69 difeq12d ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C 1 … J ∖ S ⁡ C R ⁡ C = S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∖ C
77 75 76 eqtrd ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C = S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∖ C
78 77 fveq2d ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C = S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∖ C
79 72 78 oveq12d ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C − S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C = S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∩ C − S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C ∖ C
80 61 79 eqtr4d ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → C × ˙ S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C = S ⁡ C 1 … J ∩ R ⁡ C − S ⁡ C 1 … J ∖ R ⁡ C
81 45 50 80 3eqtr4d ⊢ C ∈ O ∖ E ∧ J ∈ 1 … I ⁡ C → F ⁡ R ⁡ C ⁡ J = C × ˙ S ⁡ C ⁡ J … I ⁡ C