]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blobdiff - matita/matita/contribs/lambdadelta/ground_2A/lib/arith.ma
update in lambdadelta
[helm.git] / matita / matita / contribs / lambdadelta / ground_2A / lib / arith.ma
diff --git a/matita/matita/contribs/lambdadelta/ground_2A/lib/arith.ma b/matita/matita/contribs/lambdadelta/ground_2A/lib/arith.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..0c1a561
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,208 @@
+(**************************************************************************)
+(*       ___                                                              *)
+(*      ||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 "arithmetics/nat.ma".
+include "ground_2A/lib/star.ma".
+
+(* ARITHMETICAL PROPERTIES **************************************************)
+
+(* Equations ****************************************************************)
+
+lemma minus_plus_m_m_commutative: ∀n,m:nat. n = m + n - m.
+// qed-.
+
+(* Note: uses minus_minus_comm, minus_plus_m_m, commutative_plus, plus_minus *)
+lemma plus_minus_minus_be: ∀x,y,z. y ≤ z → z ≤ x → (x - z) + (z - y) = x - y.
+#x #z #y #Hzy #Hyx >plus_minus // >commutative_plus >plus_minus //
+qed-.
+
+fact plus_minus_minus_be_aux: ∀i,x,y,z. y ≤ z → z ≤ x → i = z - y → x - z + i = x - y.
+/2 width=1 by plus_minus_minus_be/ qed-.
+
+lemma plus_n_2: ∀n. n + 2 = n + 1 + 1.
+// qed.
+
+lemma le_plus_minus: ∀m,n,p. p ≤ n → m + n - p = m + (n - p).
+/2 by plus_minus/ qed.
+
+lemma le_plus_minus_comm: ∀n,m,p. p ≤ m → m + n - p = m - p + n.
+/2 by plus_minus/ qed.
+
+lemma minus_minus_comm3: ∀n,x,y,z. n-x-y-z = n-y-z-x.
+// qed.
+
+lemma arith_b1: ∀a,b,c1. c1 ≤ b → a - c1 - (b - c1) = a - b.
+#a #b #c1 #H >minus_minus_comm >minus_le_minus_minus_comm //
+qed.
+
+lemma arith_b2: ∀a,b,c1,c2. c1 + c2 ≤ b → a - c1 - c2 - (b - c1 - c2) = a - b.
+#a #b #c1 #c2 #H >minus_plus >minus_plus >minus_plus /2 width=1 by arith_b1/
+qed.
+
+lemma arith_c1x: ∀x,a,b,c1. x + c1 + a - (b + c1) = x + a - b.
+/3 by monotonic_le_minus_l, le_to_le_to_eq, le_n/ qed.
+
+lemma arith_h1: ∀a1,a2,b,c1. c1 ≤ a1 → c1 ≤ b →
+                a1 - c1 + a2 - (b - c1) = a1 + a2 - b.
+#a1 #a2 #b #c1 #H1 #H2 >plus_minus /2 width=1 by arith_b2/
+qed.
+
+lemma arith_i: ∀x,y,z. y < x → x+z-y-1 = x-y-1+z.
+/2 width=1 by plus_minus/ qed-.
+
+(* Properties ***************************************************************)
+
+lemma eq_nat_dec: ∀n1,n2:nat. Decidable (n1 = n2).
+#n1 elim n1 -n1 [| #n1 #IHn1 ] * [2,4: #n2 ]
+[1,4: @or_intror #H destruct
+| elim (IHn1 n2) -IHn1 /3 width=1 by or_intror, or_introl/
+| /2 width=1 by or_introl/
+]
+qed-.
+
+lemma lt_or_eq_or_gt: ∀m,n. ∨∨ m < n | n = m | n < m.
+#m #n elim (lt_or_ge m n) /2 width=1 by or3_intro0/
+#H elim H -m /2 width=1 by or3_intro1/
+#m #Hm * /3 width=1 by not_le_to_lt, le_S_S, or3_intro2/
+qed-.
+
+fact le_repl_sn_conf_aux: ∀x,y,z:nat. x ≤ z → x = y → y ≤ z.
+// qed-.
+
+fact le_repl_sn_trans_aux: ∀x,y,z:nat. x ≤ z → y = x → y ≤ z.
+// qed-.
+
+lemma monotonic_le_minus_l2: ∀x1,x2,y,z. x1 ≤ x2 → x1 - y - z ≤ x2 - y - z.
+/3 width=1 by monotonic_le_minus_l/ qed.
+
+(* Note: this might interfere with nat.ma *)
+lemma monotonic_lt_pred: ∀m,n. m < n → O < m → pred m < pred n.
+#m #n #Hmn #Hm whd >(S_pred … Hm)
+@le_S_S_to_le >S_pred /2 width=3 by transitive_lt/
+qed.
+
+lemma arith_j: ∀x,y,z. x-y-1 ≤ x-(y-z)-1.
+/3 width=1 by monotonic_le_minus_l, monotonic_le_minus_r/ qed.
+
+lemma arith_k_sn: ∀z,x,y,n. z < x → x+n ≤ y → x-z-1+n ≤ y-z-1.
+#z #x #y #n #Hzx #Hxny
+>plus_minus [2: /2 width=1 by monotonic_le_minus_r/ ]
+>plus_minus [2: /2 width=1 by lt_to_le/ ]
+/2 width=1 by monotonic_le_minus_l2/
+qed.
+
+lemma arith_k_dx: ∀z,x,y,n. z < x → y ≤ x+n → y-z-1 ≤ x-z-1+n.
+#z #x #y #n #Hzx #Hyxn
+>plus_minus [2: /2 width=1 by monotonic_le_minus_r/ ]
+>plus_minus [2: /2 width=1 by lt_to_le/ ]
+/2 width=1 by monotonic_le_minus_l2/
+qed.
+
+(* Inversion & forward lemmas ***********************************************)
+
+lemma discr_plus_xy_y: ∀x,y. x + y = y → x = 0.
+// qed-.
+
+lemma lt_plus_SO_to_le: ∀x,y. x < y + 1 → x ≤ y.
+/2 width=1 by monotonic_pred/ qed-.
+
+lemma lt_refl_false: ∀n. n < n → ⊥.
+#n #H elim (lt_to_not_eq … H) -H /2 width=1 by/
+qed-.
+
+lemma lt_zero_false: ∀n. n < 0 → ⊥.
+#n #H elim (lt_to_not_le … H) -H /2 width=1 by/
+qed-.
+
+lemma pred_inv_refl: ∀m. pred m = m → m = 0.
+* // normalize #m #H elim (lt_refl_false m) //
+qed-.
+
+lemma le_plus_xSy_O_false: ∀x,y. x + S y ≤ 0 → ⊥.
+#x #y #H lapply (le_n_O_to_eq … H) -H <plus_n_Sm #H destruct
+qed-.
+
+lemma le_plus_xySz_x_false: ∀y,z,x. x + y + S z ≤ x → ⊥.
+#y #z #x elim x -x /3 width=1 by le_S_S_to_le/
+#H elim (le_plus_xSy_O_false … H)
+qed-.
+
+lemma plus_xySz_x_false: ∀z,x,y. x + y + S z = x → ⊥.
+/2 width=4 by le_plus_xySz_x_false/ qed-.
+
+lemma plus_xSy_x_false: ∀y,x. x + S y = x → ⊥.
+/2 width=4 by plus_xySz_x_false/ qed-.
+
+(* Note this should go in nat.ma *)
+lemma discr_x_minus_xy: ∀x,y. x = x - y → x = 0 ∨ y = 0.
+#x @(nat_ind_plus … x) -x /2 width=1 by or_introl/
+#x #_ #y @(nat_ind_plus … y) -y /2 width=1 by or_intror/
+#y #_ >minus_plus_plus_l
+#H lapply (discr_plus_xy_minus_xz … H) -H
+#H destruct
+qed-.
+
+lemma zero_eq_plus: ∀x,y. 0 = x + y → 0 = x ∧ 0 = y.
+* /2 width=1 by conj/ #x #y normalize #H destruct
+qed-.
+
+(* Iterators ****************************************************************)
+
+(* Note: see also: lib/arithemetics/bigops.ma *)
+let rec iter (n:nat) (B:Type[0]) (op: B → B) (nil: B) ≝
+  match n with
+   [ O   ⇒ nil
+   | S k ⇒ op (iter k B op nil)
+   ].
+
+interpretation "iterated function" 'exp op n = (iter n ? op).
+
+lemma iter_SO: ∀B:Type[0]. ∀f:B→B. ∀b,l. f^(l+1) b = f (f^l b).
+#B #f #b #l >commutative_plus //
+qed.
+
+lemma iter_n_Sm: ∀B:Type[0]. ∀f:B→B. ∀b,l. f^l (f b) = f (f^l b).
+#B #f #b #l elim l -l normalize //
+qed.
+
+lemma iter_plus: ∀B:Type[0]. ∀f:B→B. ∀b,l1,l2. f^(l1+l2) b = f^l1 (f^l2 b).
+#B #f #b #l1 elim l1 -l1 normalize //
+qed.
+
+(* Trichotomy operator ******************************************************)
+
+(* Note: this is "if eqb n1 n2 then a2 else if leb n1 n2 then a1 else a3" *)
+let rec tri (A:Type[0]) n1 n2 a1 a2 a3 on n1 : A ≝
+  match n1 with
+  [ O    ⇒ match n2 with [ O ⇒ a2 | S n2 ⇒ a1 ]
+  | S n1 ⇒ match n2 with [ O ⇒ a3 | S n2 ⇒ tri A n1 n2 a1 a2 a3 ]
+  ].
+
+lemma tri_lt: ∀A,a1,a2,a3,n2,n1. n1 < n2 → tri A n1 n2 a1 a2 a3 = a1.
+#A #a1 #a2 #a3 #n2 elim n2 -n2
+[ #n1 #H elim (lt_zero_false … H)
+| #n2 #IH #n1 elim n1 -n1 /3 width=1 by monotonic_lt_pred/
+]
+qed.
+
+lemma tri_eq: ∀A,a1,a2,a3,n. tri A n n a1 a2 a3 = a2.
+#A #a1 #a2 #a3 #n elim n -n normalize //
+qed.
+
+lemma tri_gt: ∀A,a1,a2,a3,n1,n2. n2 < n1 → tri A n1 n2 a1 a2 a3 = a3.
+#A #a1 #a2 #a3 #n1 elim n1 -n1
+[ #n2 #H elim (lt_zero_false … H)
+| #n1 #IH #n2 elim n2 -n2 /3 width=1 by monotonic_lt_pred/
+]
+qed.