Theorem ballotlemrinv 30926

Description: 𝑅 is its own inverse : it is an involution. (Contributed by Thierry Arnoux, 10-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))

Assertion

Ref	Expression
ballotlemrinv	⊢ ◡𝑅 = 𝑅

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   𝑖,𝐸,𝑘   𝑘,𝐼,𝑐   𝐸,𝑐   𝑖,𝐼,𝑐   𝑆,𝑘,𝑖,𝑐   𝑅,𝑖,𝑘   𝑥,𝑐,𝐹   𝑥,𝑀   𝑥,𝑁,𝑖,𝑘

Allowed substitution hints:   𝑃(𝑥,𝑖,𝑘,𝑐)   𝑅(𝑥,𝑐)   𝑆(𝑥)   𝐸(𝑥)   𝐼(𝑥)   𝑂(𝑥)

Proof of Theorem ballotlemrinv

Dummy variable 𝑑 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ballotth.m	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑀 ∈ ℕ
2		ballotth.n	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑁 ∈ ℕ
3		ballotth.o	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑂 = {𝑐 ∈ 𝒫 (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ (♯‘𝑐) = 𝑀}
4		ballotth.p	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑃 = (𝑥 ∈ 𝒫 𝑂 ↦ ((♯‘𝑥) / (♯‘𝑂)))
5		ballotth.f	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐹 = (𝑐 ∈ 𝑂 ↦ (𝑖 ∈ ℤ ↦ ((♯‘((1...𝑖) ∩ 𝑐)) − (♯‘((1...𝑖) ∖ 𝑐)))))
6		ballotth.e	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐸 = {𝑐 ∈ 𝑂 ∣ ∀𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁))0 < ((𝐹‘𝑐)‘𝑖)}
7		ballotth.mgtn	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑁 < 𝑀
8		ballotth.i	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐼 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ inf({𝑘 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ∣ ((𝐹‘𝑐)‘𝑘) = 0}, ℝ, < ))
9		ballotth.s	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑆 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ (𝑖 ∈ (1...(𝑀 + 𝑁)) ↦ if(𝑖 ≤ (𝐼‘𝑐), (((𝐼‘𝑐) + 1) − 𝑖), 𝑖)))
10		ballotth.r	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑅 = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
11	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10	ballotlemrinv0 30925	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑑 = ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)) → (𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑐 = ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑)))
12	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10	ballotlemrinv0 30925	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑐 = ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑)) → (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑑 = ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)))
13	11, 12	impbii 199	. . . . . 6 ⊢ ((𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑑 = ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)) ↔ (𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑐 = ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑)))
14	13	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (⊤ → ((𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑑 = ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)) ↔ (𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ∧ 𝑐 = ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑))))
15	14	mptcnv 5693	. . . 4 ⊢ (⊤ → ◡(𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)) = (𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑)))
16	15	trud 1642	. . 3 ⊢ ◡(𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)) = (𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑))
17		fveq2 6354	. . . . 5 ⊢ (𝑑 = 𝑐 → (𝑆‘𝑑) = (𝑆‘𝑐))
18		id 22	. . . . 5 ⊢ (𝑑 = 𝑐 → 𝑑 = 𝑐)
19	17, 18	imaeq12d 5626	. . . 4 ⊢ (𝑑 = 𝑐 → ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑) = ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
20	19	cbvmptv 4903	. . 3 ⊢ (𝑑 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑑) “ 𝑑)) = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
21	16, 20	eqtri 2783	. 2 ⊢ ◡(𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐)) = (𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
22	10	cnveqi 5453	. 2 ⊢ ◡𝑅 = ◡(𝑐 ∈ (𝑂 ∖ 𝐸) ↦ ((𝑆‘𝑐) “ 𝑐))
23	21, 22, 10	3eqtr4i 2793	1 ⊢ ◡𝑅 = 𝑅

Syntax hints:   ↔ wb 196   ∧ wa 383   = wceq 1632  ⊤wtru 1633   ∈ wcel 2140  ∀wral 3051  {crab 3055   ∖ cdif 3713   ∩ cin 3715  ifcif 4231  𝒫 cpw 4303   class class class wbr 4805   ↦ cmpt 4882  ^◡ccnv 5266   “ cima 5270  ‘cfv 6050  (class class class)co 6815  infcinf 8515  ℝcr 10148  0cc0 10149  1c1 10150   + caddc 10152   < clt 10287   ≤ cle 10288   − cmin 10479   / cdiv 10897  ℕcn 11233  ℤcz 11590  ...cfz 12540  ♯chash 13332

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1871  ax-4 1886  ax-5 1989  ax-6 2055  ax-7 2091  ax-8 2142  ax-9 2149  ax-10 2169  ax-11 2184  ax-12 2197  ax-13 2392  ax-ext 2741  ax-rep 4924  ax-sep 4934  ax-nul 4942  ax-pow 4993  ax-pr 5056  ax-un 7116  ax-cnex 10205  ax-resscn 10206  ax-1cn 10207  ax-icn 10208  ax-addcl 10209  ax-addrcl 10210  ax-mulcl 10211  ax-mulrcl 10212  ax-mulcom 10213  ax-addass 10214  ax-mulass 10215  ax-distr 10216  ax-i2m1 10217  ax-1ne0 10218  ax-1rid 10219  ax-rnegex 10220  ax-rrecex 10221  ax-cnre 10222  ax-pre-lttri 10223  ax-pre-lttrn 10224  ax-pre-ltadd 10225  ax-pre-mulgt0 10226

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2048  df-eu 2612  df-mo 2613  df-clab 2748  df-cleq 2754  df-clel 2757  df-nfc 2892  df-ne 2934  df-nel 3037  df-ral 3056  df-rex 3057  df-reu 3058  df-rmo 3059  df-rab 3060  df-v 3343  df-sbc 3578  df-csb 3676  df-dif 3719  df-un 3721  df-in 3723  df-ss 3730  df-pss 3732  df-nul 4060  df-if 4232  df-pw 4305  df-sn 4323  df-pr 4325  df-tp 4327  df-op 4329  df-uni 4590  df-int 4629  df-iun 4675  df-br 4806  df-opab 4866  df-mpt 4883  df-tr 4906  df-id 5175  df-eprel 5180  df-po 5188  df-so 5189  df-fr 5226  df-we 5228  df-xp 5273  df-rel 5274  df-cnv 5275  df-co 5276  df-dm 5277  df-rn 5278  df-res 5279  df-ima 5280  df-pred 5842  df-ord 5888  df-on 5889  df-lim 5890  df-suc 5891  df-iota 6013  df-fun 6052  df-fn 6053  df-f 6054  df-f1 6055  df-fo 6056  df-f1o 6057  df-fv 6058  df-riota 6776  df-ov 6818  df-oprab 6819  df-mpt2 6820  df-om 7233  df-1st 7335  df-2nd 7336  df-wrecs 7578  df-recs 7639  df-rdg 7677  df-1o 7731  df-oadd 7735  df-er 7914  df-en 8125  df-dom 8126  df-sdom 8127  df-fin 8128  df-sup 8516  df-inf 8517  df-card 8976  df-cda 9203  df-pnf 10289  df-mnf 10290  df-xr 10291  df-ltxr 10292  df-le 10293  df-sub 10481  df-neg 10482  df-nn 11234  df-2 11292  df-n0 11506  df-z 11591  df-uz 11901  df-rp 12047  df-fz 12541  df-hash 13333

This theorem is referenced by:  ballotlem7  30928