]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blobdiff - matita/matita/contribs/lambdadelta/ground/ynat/ynat_lt.ma
ground_2 released and permanently renamed as ground
[helm.git] / matita / matita / contribs / lambdadelta / ground / ynat / ynat_lt.ma
diff --git a/matita/matita/contribs/lambdadelta/ground/ynat/ynat_lt.ma b/matita/matita/contribs/lambdadelta/ground/ynat/ynat_lt.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..0ab7bee
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,271 @@
+(**************************************************************************)
+(*       ___                                                              *)
+(*      ||M||                                                             *)
+(*      ||A||       A project by Andrea Asperti                           *)
+(*      ||T||                                                             *)
+(*      ||I||       Developers:                                           *)
+(*      ||T||         The HELM team.                                      *)
+(*      ||A||         http://helm.cs.unibo.it                             *)
+(*      \   /                                                             *)
+(*       \ /        This file is distributed under the terms of the       *)
+(*        v         GNU General Public License Version 2                  *)
+(*                                                                        *)
+(**************************************************************************)
+
+include "ground/ynat/ynat_le.ma".
+
+(* NATURAL NUMBERS WITH INFINITY ********************************************)
+
+(* strict order relation *)
+inductive ylt: relation ynat ≝
+| ylt_inj: ∀m,n. m < n → ylt m n
+| ylt_Y  : ∀m:nat. ylt m (∞)
+.
+
+interpretation "ynat 'less than'" 'lt x y = (ylt x y).
+
+(* Basic forward lemmas *****************************************************)
+
+lemma ylt_fwd_gen: ∀x,y. x < y → ∃m. x = yinj m.
+#x #y * -x -y /2 width=2 by ex_intro/
+qed-.
+
+lemma ylt_fwd_lt_O1: ∀x,y:ynat. x < y → 0 < y.
+#x #y #H elim H -x -y /3 width=2 by ylt_inj, ltn_to_ltO/
+qed-.
+
+(* Basic inversion lemmas ***************************************************)
+
+fact ylt_inv_inj2_aux: ∀x,y. x < y → ∀n. y = yinj n →
+                       ∃∃m. m < n & x = yinj m.
+#x #y * -x -y
+[ #x #y #Hxy #n #Hy elim (le_inv_S1 … Hxy) -Hxy
+  #m #Hm #H destruct /3 width=3 by le_S_S, ex2_intro/
+| #x #n #Hy destruct
+]
+qed-.
+
+lemma ylt_inv_inj2: ∀x,n. x < yinj n →
+                    ∃∃m. m < n & x = yinj m.
+/2 width=3 by ylt_inv_inj2_aux/ qed-.
+
+lemma ylt_inv_inj: ∀m,n. yinj m < yinj n → m < n.
+#m #n #H elim (ylt_inv_inj2 … H) -H
+#x #Hx #H destruct //
+qed-.
+
+lemma ylt_inv_Y1: ∀n. ∞ < n → ⊥.
+#n #H elim (ylt_fwd_gen … H) -H
+#y #H destruct
+qed-.
+
+lemma ylt_inv_Y2: ∀x:ynat. x < ∞ → ∃n. x = yinj n.
+* /2 width=2 by ex_intro/
+#H elim (ylt_inv_Y1 … H)
+qed-.
+
+lemma ylt_inv_O1: ∀n:ynat. 0 < n → ↑↓n = n.
+* // #n #H lapply (ylt_inv_inj … H) -H normalize
+/3 width=1 by S_pred, eq_f/
+qed-.
+
+(* Inversion lemmas on successor ********************************************)
+
+fact ylt_inv_succ1_aux: ∀x,y:ynat. x < y → ∀m. x = ↑m → m < ↓y ∧ ↑↓y = y.
+#x #y * -x -y
+[ #x #y #Hxy #m #H elim (ysucc_inv_inj_sn … H) -H
+  #n #H1 #H2 destruct elim (le_inv_S1 … Hxy) -Hxy
+  #m #Hnm #H destruct /3 width=1 by ylt_inj, conj/
+| #x #y #H elim (ysucc_inv_inj_sn … H) -H
+  #m #H #_ destruct /2 width=1 by ylt_Y, conj/
+]
+qed-.
+
+lemma ylt_inv_succ1: ∀m,y:ynat. ↑m < y → m < ↓y ∧ ↑↓y = y.
+/2 width=3 by ylt_inv_succ1_aux/ qed-.
+
+lemma ylt_inv_succ: ∀m,n. ↑m < ↑n → m < n.
+#m #n #H elim (ylt_inv_succ1 … H) -H //
+qed-.
+
+(* Forward lemmas on successor **********************************************)
+
+fact ylt_fwd_succ2_aux: ∀x,y. x < y → ∀n. y = ↑n → x ≤ n.
+#x #y * -x -y
+[ #x #y #Hxy #m #H elim (ysucc_inv_inj_sn … H) -H
+  #n #H1 #H2 destruct /3 width=1 by yle_inj, le_S_S_to_le/
+| #x #n #H lapply (ysucc_inv_Y_sn … H) -H //
+]
+qed-.
+
+lemma ylt_fwd_succ2: ∀m,n. m < ↑n → m ≤ n.
+/2 width=3 by ylt_fwd_succ2_aux/ qed-.
+
+(* inversion and forward lemmas on order ************************************)
+
+lemma ylt_fwd_le_succ1: ∀m,n. m < n → ↑m ≤ n.
+#m #n * -m -n /2 width=1 by yle_inj/
+qed-.
+
+lemma ylt_fwd_le_pred2: ∀x,y:ynat. x < y → x ≤ ↓y.
+#x #y #H elim H -x -y /3 width=1 by yle_inj, monotonic_pred/
+qed-.
+
+lemma ylt_fwd_le: ∀m:ynat. ∀n:ynat. m < n → m ≤ n.
+#m #n * -m -n /3 width=1 by lt_to_le, yle_inj/
+qed-.
+
+lemma ylt_yle_false: ∀m:ynat. ∀n:ynat. m < n → n ≤ m → ⊥.
+#m #n * -m -n
+[ #m #n #Hmn #H lapply (yle_inv_inj … H) -H
+  #H elim (lt_refl_false n) /2 width=3 by le_to_lt_to_lt/
+| #m #H lapply (yle_inv_Y1 … H) -H
+  #H destruct
+]
+qed-.
+
+lemma ylt_inv_le: ∀x,y. x < y → x < ∞ ∧ ↑x ≤ y.
+#x #y #H elim H -x -y /3 width=1 by yle_inj, conj/
+qed-.
+
+(* Basic properties *********************************************************)
+
+lemma ylt_O1: ∀x:ynat. ↑↓x = x → 0 < x.
+* // * /2 width=1 by ylt_inj/ normalize
+#H destruct
+qed.
+
+lemma yle_inv_succ_sn_lt (x:ynat) (y:ynat):
+      ↑x ≤ y → ∧∧ x ≤ ↓y & 0 < y.
+#x #y #H elim (yle_inv_succ1 … H) -H /3 width=2 by ylt_O1, conj/
+qed-.
+
+(* Properties on predecessor ************************************************)
+
+lemma ylt_pred: ∀m,n:ynat. m < n → 0 < m → ↓m < ↓n.
+#m #n * -m -n
+/4 width=1 by ylt_inv_inj, ylt_inj, monotonic_lt_pred/
+qed.
+
+(* Properties on successor **************************************************)
+
+lemma ylt_O_succ: ∀x:ynat. 0 < ↑x.
+* /2 width=1 by ylt_inj/
+qed.
+
+lemma ylt_succ: ∀m,n. m < n → ↑m < ↑n.
+#m #n #H elim H -m -n /3 width=1 by ylt_inj, le_S_S/
+qed.
+
+lemma ylt_succ_Y: ∀x. x < ∞ → ↑x < ∞.
+* /2 width=1 by/ qed.
+
+lemma yle_succ1_inj: ∀x. ∀y:ynat. ↑yinj x ≤ y → x < y.
+#x * /3 width=1 by yle_inv_inj, ylt_inj/
+qed.
+
+lemma ylt_succ2_refl: ∀x,y:ynat. x < y → x < ↑x.
+#x #y #H elim (ylt_fwd_gen … H) -y /2 width=1 by ylt_inj/
+qed.
+
+(* Properties on order ******************************************************)
+
+lemma yle_split_eq: ∀m,n:ynat. m ≤ n → m < n ∨ m = n.
+#m #n * -m -n
+[ #m #n #Hmn elim (le_to_or_lt_eq … Hmn) -Hmn
+  /3 width=1 by or_introl, ylt_inj/
+| * /2 width=1 by or_introl, ylt_Y/
+]
+qed-.
+
+lemma ylt_split: ∀m,n:ynat. m < n ∨ n ≤ m.
+#m #n elim (yle_split m n) /2 width=1 by or_intror/
+#H elim (yle_split_eq … H) -H /2 width=1 by or_introl, or_intror/
+qed-.
+
+lemma ylt_split_eq: ∀m,n:ynat. ∨∨ m < n | n = m | n < m.
+#m #n elim (ylt_split m n) /2 width=1 by or3_intro0/
+#H elim (yle_split_eq … H) -H /2 width=1 by or3_intro1, or3_intro2/
+qed-.
+
+lemma ylt_yle_trans: ∀x:ynat. ∀y:ynat. ∀z:ynat. y ≤ z → x < y → x < z.
+#x #y #z * -y -z
+[ #y #z #Hyz #H elim (ylt_inv_inj2 … H) -H
+  #m #Hm #H destruct /3 width=3 by ylt_inj, lt_to_le_to_lt/
+| #y * //
+]
+qed-.
+
+lemma yle_ylt_trans: ∀x:ynat. ∀y:ynat. ∀z:ynat. y < z → x ≤ y → x < z.
+#x #y #z * -y -z
+[ #y #z #Hyz #H elim (yle_inv_inj2 … H) -H
+  #m #Hm #H destruct /3 width=3 by ylt_inj, le_to_lt_to_lt/
+| #y #H elim (yle_inv_inj2 … H) -H //
+]
+qed-.
+
+lemma le_ylt_trans (x) (y) (z): x ≤ y → yinj y < z → yinj x < z.
+/3 width=3 by yle_ylt_trans, yle_inj/
+qed-.
+
+lemma yle_inv_succ1_lt: ∀x,y:ynat. ↑x ≤ y → 0 < y ∧ x ≤ ↓y.
+#x #y #H elim (yle_inv_succ1 … H) -H /3 width=1 by ylt_O1, conj/
+qed-.
+
+lemma yle_lt: ∀x,y. x < ∞ → ↑x ≤ y → x < y.
+#x * // #y #H elim (ylt_inv_Y2 … H) -H #n #H destruct
+/3 width=1 by ylt_inj, yle_inv_inj/
+qed-.
+
+(* Main properties **********************************************************)
+
+theorem ylt_trans: Transitive … ylt.
+#x #y * -x -y
+[ #x #y #Hxy * //
+  #z #H lapply (ylt_inv_inj … H) -H
+  /3 width=3 by transitive_lt, ylt_inj/ (**) (* full auto too slow *)
+| #x #z #H elim (ylt_yle_false … H) //
+]
+qed-.
+
+lemma lt_ylt_trans (x) (y) (z): x < y → yinj y < z → yinj x < z.
+/3 width=3 by ylt_trans, ylt_inj/
+qed-.
+
+(* Elimination principles ***************************************************)
+
+fact ynat_ind_lt_le_aux: ∀R:predicate ynat.
+                         (∀y. (∀x. x < y → R x) → R y) →
+                         ∀y:nat. ∀x. x ≤ y → R x.
+#R #IH #y elim y -y
+[ #x #H >(yle_inv_O2 … H) -x
+  @IH -IH #x #H elim (ylt_yle_false … H) -H //
+| /5 width=3 by ylt_yle_trans, ylt_fwd_succ2/
+]
+qed-.
+
+fact ynat_ind_lt_aux: ∀R:predicate ynat.
+                      (∀y. (∀x. x < y → R x) → R y) →
+                      ∀y:nat. R y.
+/4 width=2 by ynat_ind_lt_le_aux/ qed-.
+
+lemma ynat_ind_lt: ∀R:predicate ynat.
+                   (∀y. (∀x. x < y → R x) → R y) →
+                   ∀y. R y.
+#R #IH * /4 width=1 by ynat_ind_lt_aux/
+@IH #x #H elim (ylt_inv_Y2 … H) -H
+#n #H destruct /4 width=1 by ynat_ind_lt_aux/
+qed-.
+
+fact ynat_f_ind_aux: ∀A. ∀f:A→ynat. ∀R:predicate A.
+                     (∀x. (∀a. f a < x → R a) → ∀a. f a = x → R a) →
+                     ∀x,a. f a = x → R a.
+#A #f #R #IH #x @(ynat_ind_lt … x) -x
+/3 width=3 by/
+qed-.
+
+lemma ynat_f_ind: ∀A. ∀f:A→ynat. ∀R:predicate A.
+                  (∀x. (∀a. f a < x → R a) → ∀a. f a = x → R a) → ∀a. R a.
+#A #f #R #IH #a
+@(ynat_f_ind_aux … IH) -IH [2: // | skip ]
+qed-.