]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blobdiff - helm/software/matita/nlibrary/sets/partitions.ma
Injectivity proved! What a mess...
[helm.git] / helm / software / matita / nlibrary / sets / partitions.ma
index 0ef3fa8c4a4b5d44ac35219a17a626e71a47b6b7..acdd6a687cf49874f18f2fd23206bec5043d398b 100644 (file)
@@ -17,59 +17,207 @@ include "nat/plus.ma".
 include "nat/compare.ma".
 include "nat/minus.ma".
 
-(* sbaglia a fare le proiezioni *)
-nrecord finite_partition (A: Type[0]) : Type[1] ≝ 
- { card: nat;
-   class: ∀n. lt n card → Ω \sup A;
-   inhabited: ∀i,p. class i p ≬ class i p(*;
-   disjoint: ∀i,j,p,p'. class i p ≬ class j p' → i=j;
-   covers: big_union ?? class = full_set A*)
- }.
-
-nrecord has_card (A: Type[0]) (S: Ω \sup A) (n: nat) : CProp[0] ≝
- { f: ∀m:nat. lt m n → A;
-   in_S: ∀m.∀p:lt m n. f ? p ∈ S (*;
-   f_inj: injective ?? f;
-   f_sur: surjective ?? f*)
- }.
-
-(*
-nlemma subset_of_finite:
- ∀A. ∃n. has_card ? (full_subset A) n → ∀S. ∃m. has_card ? S m.
-nqed.
-*)
+alias symbol "eq" = "setoid eq".
+alias symbol "eq" = "setoid1 eq".
+alias symbol "eq" = "setoid eq".
+alias symbol "eq" = "setoid1 eq".
+alias symbol "eq" = "setoid eq".
+alias symbol "eq" = "setoid1 eq".
+alias symbol "eq" = "setoid eq".
+alias symbol "eq" = "setoid1 eq".
+alias symbol "eq" = "setoid eq".
+alias symbol "eq" = "setoid1 eq".
+alias symbol "eq" = "setoid eq".
+nrecord partition (A: setoid) : Type[1] ≝ 
+ { support: setoid;
+   indexes: qpowerclass support;
+   class: unary_morphism1 (setoid1_of_setoid support) (qpowerclass_setoid A);
+   inhabited: ∀i. i ∈ indexes → class i ≬ class i;
+   disjoint: ∀i,j. i ∈ indexes → j ∈ indexes → class i ≬ class j → i=j;
+   covers: big_union support ? ? (λx.class x) = full_set A
+ }. napply indexes; nqed.
 
 naxiom daemon: False.
 
 nlet rec partition_splits_card_map
- A (P: finite_partition A) (s: ∀i. lt i (card ? P) → nat)
-  (H:∀i.∀p: lt i (card ? P). has_card ? (class ? P i p) (s i p))
-  m index on index:
-  le (S index) (card ? P) → lt m (big_plus (S index) (λi,p. s i ?)) → lt index (card ? P) → A ≝
- match index return λx. le (S x) (card ? P) → lt m (big_plus (S x) ?) → lt x (card ? P) → ? with
-  [ O ⇒ λL,H1,p.f ??? (H O p) m ?
-  | S index' ⇒ λL,H1,p.
-     match ltb m (s (S index') p) with
-      [ or_introl K ⇒ f ??? (H (S index') p) m K 
-      | or_intror _ ⇒ partition_splits_card_map A P s H (minus m (s (S index') p)) index' ??? ]].
-##[##3: napply lt_minus; nelim daemon (*nassumption*)
-  |##4: napply lt_Sn_m; nassumption
-  |##5: napply (lt_le_trans … p); nassumption
-##|##2: napply lt_to_le; nassumption
-##|##1: nnormalize in H1; nelim daemon ]
+ A (P:partition A) n s (f:isomorphism ?? (Nat_ n) (indexes ? P))
+ (fi: ∀i. isomorphism ?? (Nat_ (s i)) (class ? P (iso_f ???? f i))) m index
+ on index : A ≝
+ match ltb m (s index) with
+  [ true ⇒ iso_f ???? (fi index) m
+  | false ⇒
+     match index with
+      [ O ⇒ (* dummy value: it could be an elim False: *) iso_f ???? (fi O) O
+      | S index' ⇒
+         partition_splits_card_map A P n s f fi (minus m (s index)) index']].  
+
+naxiom big_union_preserves_iso:
+ ∀A,A',B,T,T',f.
+  ∀g: isomorphism A' A T' T.
+   big_union A B T f = big_union A' B T' (λx.f (iso_f ???? g x)).
+
+naxiom le_to_lt_or_eq: ∀n,m. n ≤ m → n < m ∨ n = m.
+alias symbol "eq" = "leibnitz's equality".
+naxiom minus_canc: ∀n. O = minus n n.
+naxiom lt_to_ltb_t: ∀n,m. ∀P: bool → CProp[0]. P true → n < m → P (ltb n m).
+naxiom lt_to_ltb_f: ∀n,m. ∀P: bool → CProp[0]. P false → ¬ (n < m) → P (ltb n m).
+naxiom lt_to_minus: ∀n,m. n < m →  S (minus (minus m n) (S O)) = minus m n.
+naxiom not_lt_O: ∀n. ¬ (n < O).
+naxiom minus_S: ∀n,m. m ≤ n → minus (S n) m = S (minus n m).
+naxiom minus_lt_to_lt: ∀n,m,p. n < p → minus n m < p.
+naxiom minus_O_n: ∀n. O = minus O n.
+naxiom le_O_to_eq: ∀n. n ≤ O → n=O.
+naxiom lt_to_minus_to_S: ∀n,m. m < n → ∃k. minus n m = S k.
+naxiom ltb_t: ∀n,m. n < m → ltb n m = true.
+naxiom ltb_f: ∀n,m. ¬ (n < m) → ltb n m = false.
+naxiom plus_n_O: ∀n. plus n O = n.
+naxiom not_lt_plus: ∀n,m. ¬ (plus n m < n).
+naxiom lt_to_lt_plus: ∀n,m,l. n < m → n < m + l.
+naxiom S_plus: ∀n,m. S (n + m) = n + S m.
+naxiom big_plus_ext: ∀n,f,f'. (∀i,p. f i p = f' i p) → big_plus n f = big_plus n f'.
+naxiom ad_hoc1: ∀n,m,l. n + (m + l) = l + (n + m).
+naxiom assoc: ∀n,m,l. n + m + l = n + (m + l).
+naxiom lt_canc: ∀n,m,p. n < m → p + n < p + m.
+naxiom ad_hoc2: ∀a,b. a < b → b - a - (b - S a) = S O.
+naxiom ad_hoc3: ∀a,b. b < a → S (O + (a - S b) + b) = a.
+naxiom ad_hoc4: ∀a,b. a - S b ≤ a - b.
+naxiom ad_hoc5: ∀a. S a - a = S O.
+naxiom ad_hoc6: ∀a,b. b ≤ a → a - b + b = a.
+naxiom ad_hoc7: ∀a,b,c. a + (b + O) + c - b = a + c.
+naxiom ad_hoc8: ∀a,b,c. ¬ (a + (b + O) + c < b).
+               
+
+naxiom split_big_plus:
+  ∀n,m,f. m ≤ n →
+   big_plus n f = big_plus m (λi,p.f i ?) + big_plus (n - m) (λi.λp.f (i + m) ?).
+ nelim daemon.
 nqed.
-(*
+
 nlemma partition_splits_card:
- ∀A. ∀P: finite_partition A. ∀s: ∀i. lt i (card ? P) → nat.
-  (∀i.∀p: lt i (card ? P). has_card ? (class ? P i p) (s i p)) →
-   has_card A (full_set A) (big_plus (card ? P) s).
- #A; #P; #s; #H; ncases (card A P)
-  [ nnormalize; napply mk_has_card
-     [ #m; #H; nelim daemon
-     | #m; #H; nelim daemon ]
-##| #c; napply mk_has_card
-  [ #m; #H1; napply partition_splits_card_map A P s H m H1 (pred (card ? P))
-  |
+ ∀A. ∀P:partition A. ∀n,s.
+  ∀f:isomorphism ?? (Nat_ n) (indexes ? P).
+   (∀i. isomorphism ?? (Nat_ (s i)) (class ? P (iso_f ???? f i))) →
+    (isomorphism ?? (Nat_ (big_plus n (λi.λ_.s i))) (Full_set A)).
+ #A; #P; #Sn; ncases Sn
+  [ #s; #f; #fi;
+    ngeneralize in match (covers ? P) in ⊢ ?; *; #_; #H;
+    ngeneralize in match
+     (big_union_preserves_iso ??? (indexes A P) (Nat_ O) (λx.class ? P x) f) in ⊢ ?;
+     *; #K; #_; nwhd in K: (? → ? → %);
+    nelim daemon (* impossibile *)
+  | #n; #s; #f; #fi; napply mk_isomorphism
+  [ napply mk_unary_morphism
+     [ napply (λm.partition_splits_card_map A P (S n) s f fi m n)
+     | #a; #a'; #H; nrewrite < H; napply refl ]
+##| #y; #_;
+    ngeneralize in match (covers ? P) in ⊢ ?; *; #_; #Hc;
+    ngeneralize in match (Hc y I) in ⊢ ?; *; #index; *; #Hi1; #Hi2;
+    ngeneralize in match (f_sur ???? f ? Hi1) in ⊢ ?; *; #nindex; *; #Hni1; #Hni2;
+    ngeneralize in match (f_sur ???? (fi nindex) y ?) in ⊢ ?
+     [##2: napply (. #‡(†?));##[##3: napply Hni2 |##2: ##skip | nassumption]##]
+    *; #nindex2; *; #Hni21; #Hni22;
+    nletin xxx ≝ (plus (big_plus (minus n nindex) (λi.λ_.s (S (plus i nindex)))) nindex2);
+    napply (ex_intro … xxx); napply conj
+     [ nwhd in Hni1; nwhd; nwhd in ⊢ (?(? %)%);
+       nchange with (? < plus (s n) (big_plus n ?));
+       nelim (le_to_lt_or_eq … (le_S_S_to_le … Hni1))
+        [##2: #E; nrewrite < E; nrewrite < (minus_canc nindex);
+          nwhd in ⊢ (?%?); nrewrite < E; napply lt_to_lt_plus; nassumption
+        | #L; nrewrite > (split_big_plus n (S nindex) (λm.λ_.s m) L);
+          nrewrite > (split_big_plus (n - nindex) (n - S nindex) (λi.λ_.s (S (i+nindex))) ?)
+           [ ngeneralize in match (big_plus_ext (n - S nindex)
+              (λi,p.s (S (i+nindex))) (λi,p.s (i + S nindex)) ?) in ⊢ ?
+               [ #E;
+                 napply (eq_rect_CProp0_r ??
+                  (λx:nat.λ_. x + big_plus (n - nindex - (n - S nindex))
+                   (λi,p.s (S (i + (n - S nindex)+nindex))) + nindex2 <
+                   s n + (big_plus (S nindex) (λi,p.s i) +
+                    big_plus (n - S nindex) (λi,p. s (i + S nindex)))) ? ? E);
+                 nrewrite > (ad_hoc1 (s n) (big_plus (S nindex) (λi,p.s i))
+                  (big_plus (n - S nindex) (λi,p. s (i + S nindex))));
+                 napply (eq_rect_CProp0_r
+                  ?? (λx.λ_.x < ?) ?? (assoc
+                  (big_plus (n - S nindex) (λi,p.s (i + S nindex)))
+                  (big_plus (n - nindex - (n - S nindex))
+                   (λi,p.s (S (i + (n - S nindex)+nindex))))
+                  nindex2));
+                 napply lt_canc;
+                 nrewrite > (ad_hoc2 … L); nwhd in ⊢ (?(?%?)?);
+                 nrewrite > (ad_hoc3 … L);
+                 napply (eq_rect_CProp0_r ?? (λx.λ_.x < ?) ?? (assoc …));
+                 napply lt_canc; nnormalize in ⊢ (?%?); nwhd in ⊢ (??%);
+                 napply lt_to_lt_plus; nassumption
+             ##|##2: #i; #_; nrewrite > (S_plus i nindex); napply refl]
+         ##| napply ad_hoc4]##]
+   ##| nwhd in ⊢ (???%?);
+       nchange in Hni1 with (nindex < S n);
+       ngeneralize in match (le_S_S_to_le … Hni1) in ⊢ ?;
+       nwhd in ⊢ (? → ???(???????%?)?);
+       napply (nat_rect_CProp0
+        (λx. nindex ≤ x →
+          eq_rel (carr A) (eq A)
+          (partition_splits_card_map A P (S n) s f fi
+           (plus
+             (big_plus (minus x nindex) (λi.λ_:i < minus x nindex.s (S (plus i nindex))))
+             nindex2) x) y) ?? n)
+        [ #K; nrewrite < (minus_O_n nindex); nwhd in ⊢ (???(???????%?)?);
+          nwhd in ⊢ (???%?); nchange in Hni21 with (nindex2 < s nindex);
+          ngeneralize in match (le_O_to_eq … K) in ⊢ ?; #K';
+          ngeneralize in match Hni21 in ⊢ ?;
+          ngeneralize in match Hni22 in ⊢ ?;
+          nrewrite > K' in ⊢ (% → % → ?); #K1; #K2;
+          nrewrite > (ltb_t … K2);
+          nwhd in ⊢ (???%?); nassumption
+        | #n'; #Hrec; #HH; nelim (le_to_lt_or_eq … HH)
+           [##2: #K; nrewrite < K; nrewrite < (minus_canc nindex);
+            nwhd in ⊢ (???(???????%?)?);
+            nrewrite > K;
+            nwhd in ⊢ (???%?); nrewrite < K; nrewrite > (ltb_t … Hni21);
+            nwhd in ⊢ (???%?); nassumption
+         ##| #K; ngeneralize in match (le_S_S_to_le … K) in ⊢ ?; #K';
+             nwhd in ⊢ (???%?);
+             ngeneralize in match (?:
+              ¬ (big_plus (S n' - nindex) (λi,p.s (S (i+nindex))) + nindex2 < s (S n'))) in ⊢ ?
+              [ #N; nrewrite > (ltb_f … N); nwhd in ⊢ (???%?);
+                ngeneralize in match (Hrec K') in ⊢ ?; #Hrec';
+                napply (eq_rect_CProp0_r ??
+                 (λx,p. eq_rel (carr A) (eq A) (partition_splits_card_map A P (S n) s f fi
+                  (big_plus x ? + ? - ?) n') y) ?? (minus_S n' nindex K'));
+                nrewrite > (split_big_plus (S (n' - nindex)) (n' - nindex)
+                 (λi,p.s (S (i+nindex))) (le_S ?? (le_n ?)));
+                nrewrite > (ad_hoc5 (n' - nindex));
+                nnormalize in ⊢ (???(???????(?(?(??%)?)?)?)?);
+                nrewrite > (ad_hoc6 … K');
+                nrewrite > (ad_hoc7 (big_plus (n' - nindex) (λi,p.s (S (i+nindex))))
+                 (s (S n')) nindex2);
+                nassumption
+              | nrewrite > (minus_S … K');
+                nrewrite > (split_big_plus (S (n' - nindex)) (n' - nindex)
+                 (λi,p.s (S (i+nindex))) (le_S ?? (le_n ?)));
+                nrewrite > (ad_hoc5 (n' - nindex));
+                nnormalize in ⊢ (?(?(?(??%)?)?));
+                nrewrite > (ad_hoc6 … K');
+                napply ad_hoc8]##]##]##]
+##| #x; #x'; nnormalize in ⊢ (? → ? → %);
+    nelim daemon
   ]
 nqed.
-*)
\ No newline at end of file
+
+(************** equivalence relations vs partitions **********************)
+
+ndefinition partition_of_compatible_equivalence_relation:
+ ∀A:setoid. compatible_equivalence_relation A → partition A.
+ #A; #R; napply mk_partition
+  [ napply (quotient ? R)
+  | napply Full_set
+  | napply mk_unary_morphism1
+     [ #a; napply mk_qpowerclass
+        [ napply {x | R x a}
+        | #x; #x'; #H; nnormalize; napply mk_iff; #K; nelim daemon]
+   ##| #a; #a'; #H; napply conj; #x; nnormalize; #K [ nelim daemon | nelim daemon]##]
+##| #x; #_; nnormalize; napply (ex_intro … x); napply conj; napply refl
+  | #x; #x'; #_; #_; nnormalize; *; #x''; *; #H1; #H2; napply (trans ?????? H2);
+    napply sym; nassumption
+  | nnormalize; napply conj
+     [ #a; #_; napply I | #a; #_; napply (ex_intro … a); napply conj [ napply I | napply refl]##]
+nqed.
\ No newline at end of file