]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blobdiff - matita/matita/lib/lambda-delta/substitution/lift.ma
some refactoring
[helm.git] / matita / matita / lib / lambda-delta / substitution / lift.ma
index 9067889686fa20b2552600edb32e3de17ffd228a..a5b15e1100d74da3278a51f706b50aa1bc729554 100644 (file)
      \ /
       V_______________________________________________________________ *)
 
-include "lambda-delta/language/term.ma".
+include "lambda-delta/syntax/term.ma".
 
 (* RELOCATION ***************************************************************)
 
 inductive lift: term → nat → nat → term → Prop ≝
-   | lift_sort   : ∀k,d,e. lift (⋆k) d e (⋆k)
-   | lift_lref_lt: ∀i,d,e. i < d → lift (#i) d e (#i)
-   | lift_lref_ge: ∀i,d,e. d ≤ i → lift (#i) d e (#(i + e))
-   | lift_con2   : ∀I,V1,V2,T1,T2,d,e.
-                   lift V1 d e V2 → lift T1 (d + 1) e T2 →
-                   lift (♭I V1. T1) d e (♭I V2. T2)
+| lift_sort   : ∀k,d,e. lift (⋆k) d e (⋆k)
+| lift_lref_lt: ∀i,d,e. i < d → lift (#i) d e (#i)
+| lift_lref_ge: ∀i,d,e. d ≤ i → lift (#i) d e (#(i + e))
+| lift_bind   : ∀I,V1,V2,T1,T2,d,e.
+                lift V1 d e V2 → lift T1 (d + 1) e T2 →
+                lift (𝕓{I} V1. T1) d e (𝕓{I} V2. T2)
+| lift_flat   : ∀I,V1,V2,T1,T2,d,e.
+                lift V1 d e V2 → lift T1 d e T2 →
+                lift (𝕗{I} V1. T1) d e (𝕗{I} V2. T2)
 .
 
 interpretation "relocation" 'RLift T1 d e T2 = (lift T1 d e T2).
 
-(* The basic properties *****************************************************)
+(* Basic properties *********************************************************)
 
-lemma lift_lref_ge_minus: ∀d,e,i. d + e ≤ i → ↑[d,e] #(i - e) ≡ #i.
+lemma lift_lref_ge_minus: ∀d,e,i. d + e ≤ i → ↑[d, e] #(i - e) ≡ #i.
 #d #e #i #H >(plus_minus_m_m i e) in ⊢ (? ? ? ? %) /3/
 qed.
 
-(* The basic inversion lemmas ***********************************************)
+lemma lift_refl: ∀T,d. ↑[d, 0] T ≡ T.
+#T elim T -T
+[ //
+| #i #d elim (lt_or_ge i d) /2/
+| #I elim I -I /2/
+]
+qed.
+
+lemma lift_total: ∀T1,d,e. ∃T2. ↑[d,e] T1 ≡ T2.
+#T1 elim T1 -T1
+[ /2/
+| #i #d #e elim (lt_or_ge i d) /3/
+| * #I #V1 #T1 #IHV1 #IHT1 #d #e
+  elim (IHV1 d e) -IHV1 #V2 #HV12
+  [ elim (IHT1 (d+1) e) -IHT1 /3/
+  | elim (IHT1 d e) -IHT1 /3/
+  ]
+]
+qed.
+
+lemma lift_split: ∀d1,e2,T1,T2. ↑[d1, e2] T1 ≡ T2 → ∀d2,e1.
+                                d1 ≤ d2 → d2 ≤ d1 + e1 → e1 ≤ e2 →
+                                ∃∃T. ↑[d1, e1] T1 ≡ T & ↑[d2, e2 - e1] T ≡ T2.
+#d1 #e2 #T1 #T2 #H elim H -H d1 e2 T1 T2
+[ /3/
+| #i #d1 #e2 #Hid1 #d2 #e1 #Hd12 #_ #_
+  lapply (lt_to_le_to_lt … Hid1 Hd12) -Hd12 #Hid2 /4/
+| #i #d1 #e2 #Hid1 #d2 #e1 #_ #Hd21 #He12
+  lapply (transitive_le …(i+e1) Hd21 ?) /2/ -Hd21 #Hd21
+  <(arith_d1 i e2 e1) // /3/
+| #I #V1 #V2 #T1 #T2 #d1 #e2 #_ #_ #IHV #IHT #d2 #e1 #Hd12 #Hd21 #He12
+  elim (IHV … Hd12 Hd21 He12) -IHV #V0 #HV0a #HV0b
+  elim (IHT (d2+1) … ? ? He12) /3 width = 5/
+| #I #V1 #V2 #T1 #T2 #d1 #e2 #_ #_ #IHV #IHT #d2 #e1 #Hd12 #Hd21 #He12
+  elim (IHV … Hd12 Hd21 He12) -IHV #V0 #HV0a #HV0b
+  elim (IHT d2 … ? ? He12) /3 width = 5/
+]
+qed.
+
+(* Basic inversion lemmas ***************************************************)
+
+lemma lift_inv_refl_aux: ∀d,e,T1,T2. ↑[d, e] T1 ≡ T2 → e = 0 → T1 = T2.
+#d #e #T1 #T2 #H elim H -H d e T1 T2 /3/
+qed.
+
+lemma lift_inv_refl: ∀d,T1,T2. ↑[d, 0] T1 ≡ T2 → T1 = T2.
+/2/ qed.
+
+lemma lift_inv_sort1_aux: ∀d,e,T1,T2. ↑[d,e] T1 ≡ T2 → ∀k. T1 = ⋆k → T2 = ⋆k.
+#d #e #T1 #T2 * -d e T1 T2 //
+[ #i #d #e #_ #k #H destruct
+| #I #V1 #V2 #T1 #T2 #d #e #_ #_ #k #H destruct
+| #I #V1 #V2 #T1 #T2 #d #e #_ #_ #k #H destruct
+]
+qed.
+
+lemma lift_inv_sort1: ∀d,e,T2,k. ↑[d,e] ⋆k ≡ T2 → T2 = ⋆k.
+/2 width=5/ qed.
+
+lemma lift_inv_lref1_aux: ∀d,e,T1,T2. ↑[d,e] T1 ≡ T2 → ∀i. T1 = #i →
+                          (i < d ∧ T2 = #i) ∨ (d ≤ i ∧ T2 = #(i + e)).
+#d #e #T1 #T2 * -d e T1 T2
+[ #k #d #e #i #H destruct
+| #j #d #e #Hj #i #Hi destruct /3/
+| #j #d #e #Hj #i #Hi destruct /3/
+| #I #V1 #V2 #T1 #T2 #d #e #_ #_ #i #H destruct
+| #I #V1 #V2 #T1 #T2 #d #e #_ #_ #i #H destruct
+]
+qed.
+
+lemma lift_inv_lref1: ∀d,e,T2,i. ↑[d,e] #i ≡ T2 →
+                      (i < d ∧ T2 = #i) ∨ (d ≤ i ∧ T2 = #(i + e)).
+/2/ qed.
+
+lemma lift_inv_lref1_lt: ∀d,e,T2,i. ↑[d,e] #i ≡ T2 → i < d → T2 = #i.
+#d #e #T2 #i #H elim (lift_inv_lref1 … H) -H * //
+#Hdi #_ #Hid lapply (le_to_lt_to_lt … Hdi Hid) -Hdi Hid #Hdd
+elim (lt_refl_false … Hdd)
+qed.
+
+lemma lift_inv_lref1_ge: ∀d,e,T2,i. ↑[d,e] #i ≡ T2 → d ≤ i → T2 = #(i + e).
+#d #e #T2 #i #H elim (lift_inv_lref1 … H) -H * //
+#Hid #_ #Hdi lapply (le_to_lt_to_lt … Hdi Hid) -Hdi Hid #Hdd
+elim (lt_refl_false … Hdd)
+qed.
+
+lemma lift_inv_bind1_aux: ∀d,e,T1,T2. ↑[d,e] T1 ≡ T2 →
+                          ∀I,V1,U1. T1 = 𝕓{I} V1.U1 →
+                          ∃∃V2,U2. ↑[d,e] V1 ≡ V2 & ↑[d+1,e] U1 ≡ U2 &
+                                   T2 = 𝕓{I} V2. U2.
+#d #e #T1 #T2 * -d e T1 T2
+[ #k #d #e #I #V1 #U1 #H destruct
+| #i #d #e #_ #I #V1 #U1 #H destruct
+| #i #d #e #_ #I #V1 #U1 #H destruct
+| #J #W1 #W2 #T1 #T2 #d #e #HW #HT #I #V1 #U1 #H destruct /2 width=5/
+| #J #W1 #W2 #T1 #T2 #d #e #HW #HT #I #V1 #U1 #H destruct
+]
+qed.
+
+lemma lift_inv_bind1: ∀d,e,T2,I,V1,U1. ↑[d,e] 𝕓{I} V1. U1 ≡ T2 →
+                      ∃∃V2,U2. ↑[d,e] V1 ≡ V2 & ↑[d+1,e] U1 ≡ U2 &
+                               T2 = 𝕓{I} V2. U2.
+/2/ qed.
+
+lemma lift_inv_flat1_aux: ∀d,e,T1,T2. ↑[d,e] T1 ≡ T2 →
+                          ∀I,V1,U1. T1 = 𝕗{I} V1.U1 →
+                          ∃∃V2,U2. ↑[d,e] V1 ≡ V2 & ↑[d,e] U1 ≡ U2 &
+                                   T2 = 𝕗{I} V2. U2.
+#d #e #T1 #T2 * -d e T1 T2
+[ #k #d #e #I #V1 #U1 #H destruct
+| #i #d #e #_ #I #V1 #U1 #H destruct
+| #i #d #e #_ #I #V1 #U1 #H destruct
+| #J #W1 #W2 #T1 #T2 #d #e #HW #HT #I #V1 #U1 #H destruct
+| #J #W1 #W2 #T1 #T2 #d #e #HW #HT #I #V1 #U1 #H destruct /2 width=5/
+]
+qed.
+
+lemma lift_inv_flat1: ∀d,e,T2,I,V1,U1. ↑[d,e] 𝕗{I} V1. U1 ≡ T2 →
+                      ∃∃V2,U2. ↑[d,e] V1 ≡ V2 & ↑[d,e] U1 ≡ U2 &
+                               T2 = 𝕗{I} V2. U2.
+/2/ qed.
 
 lemma lift_inv_sort2_aux: ∀d,e,T1,T2. ↑[d,e] T1 ≡ T2 → ∀k. T2 = ⋆k → T1 = ⋆k.
-#d #e #T1 #T2 #H elim H -H d e T1 T2 //
-   [ #i #d #e #_ #k #H destruct
-   | #I #V1 #V2 #T1 #T2 #d #e #_ #_ #_ #_ #k #H destruct
-   ]
+#d #e #T1 #T2 * -d e T1 T2 //
+[ #i #d #e #_ #k #H destruct
+| #I #V1 #V2 #T1 #T2 #d #e #_ #_ #k #H destruct
+| #I #V1 #V2 #T1 #T2 #d #e #_ #_ #k #H destruct
+]
 qed.
 
 lemma lift_inv_sort2: ∀d,e,T1,k. ↑[d,e] T1 ≡ ⋆k → T1 = ⋆k.
-#d #e #T1 #k #H lapply (lift_inv_sort2_aux … H) /2/
-qed.
+/2 width=5/ qed.
 
 lemma lift_inv_lref2_aux: ∀d,e,T1,T2. ↑[d,e] T1 ≡ T2 → ∀i. T2 = #i →
                           (i < d ∧ T1 = #i) ∨ (d + e ≤ i ∧ T1 = #(i - e)).
-#d #e #T1 #T2 #H elim H -H d e T1 T2
-   [ #k #d #e #i #H destruct
-   | #j #d #e #Hj #i #Hi destruct /3/
-   | #j #d #e #Hj #i #Hi destruct <minus_plus_m_m /4/
-   | #I #V1 #V2 #T1 #T2 #d #e #_ #_ #_ #_ #i #H destruct
-   ]
+#d #e #T1 #T2 * -d e T1 T2
+[ #k #d #e #i #H destruct
+| #j #d #e #Hj #i #Hi destruct /3/
+| #j #d #e #Hj #i #Hi destruct <minus_plus_m_m /4/
+| #I #V1 #V2 #T1 #T2 #d #e #_ #_ #i #H destruct
+| #I #V1 #V2 #T1 #T2 #d #e #_ #_ #i #H destruct
+]
 qed.
 
 lemma lift_inv_lref2: ∀d,e,T1,i. ↑[d,e] T1 ≡ #i →
                       (i < d ∧ T1 = #i) ∨ (d + e ≤ i ∧ T1 = #(i - e)).
-#d #e #T1 #i #H lapply (lift_inv_lref2_aux … H) /2/
+/2/ qed.
+
+lemma lift_inv_lref2_lt: ∀d,e,T1,i. ↑[d,e] T1 ≡ #i → i < d → T1 = #i.
+#d #e #T1 #i #H elim (lift_inv_lref2 … H) -H * //
+#Hdi #_ #Hid lapply (le_to_lt_to_lt … Hdi Hid) -Hdi Hid #Hdd
+elim (plus_lt_false … Hdd)
 qed.
 
-lemma lift_inv_con22_aux: ∀d,e,T1,T2. ↑[d,e] T1 ≡ T2 →
-                          ∀I,V2,U2. T2 = ♭I V2.U2 →
+lemma lift_inv_lref2_ge: ∀d,e,T1,i. ↑[d,e] T1 ≡ #i → d + e ≤ i → T1 = #(i - e).
+#d #e #T1 #i #H elim (lift_inv_lref2 … H) -H * //
+#Hid #_ #Hdi lapply (le_to_lt_to_lt … Hdi Hid) -Hdi Hid #Hdd
+elim (plus_lt_false … Hdd)
+qed.
+
+lemma lift_inv_bind2_aux: ∀d,e,T1,T2. ↑[d,e] T1 ≡ T2 →
+                          ∀I,V2,U2. T2 = 𝕓{I} V2.U2 →
                           ∃∃V1,U1. ↑[d,e] V1 ≡ V2 & ↑[d+1,e] U1 ≡ U2 &
-                                   T1 = ♭I V1.U1.
-#d #e #T1 #T2 #H elim H -H d e T1 T2
-   [ #k #d #e #I #V2 #U2 #H destruct
-   | #i #d #e #_ #I #V2 #U2 #H destruct
-   | #i #d #e #_ #I #V2 #U2 #H destruct
-   | #J #W1 #W2 #T1 #T2 #d #e #HW #HT #_ #_ #I #V2 #U2 #H destruct
-     /2 width = 5/
-   ]
+                                   T1 = 𝕓{I} V1. U1.
+#d #e #T1 #T2 * -d e T1 T2
+[ #k #d #e #I #V2 #U2 #H destruct
+| #i #d #e #_ #I #V2 #U2 #H destruct
+| #i #d #e #_ #I #V2 #U2 #H destruct
+| #J #W1 #W2 #T1 #T2 #d #e #HW #HT #I #V2 #U2 #H destruct /2 width=5/
+| #J #W1 #W2 #T1 #T2 #d #e #HW #HT #I #V2 #U2 #H destruct
+]
 qed.
 
-lemma lift_inv_con22: ∀d,e,T1,I,V2,U2. ↑[d,e] T1 ≡  ♭I V2. U2 →
+lemma lift_inv_bind2: ∀d,e,T1,I,V2,U2. ↑[d,e] T1 ≡  𝕓{I} V2. U2 →
                       ∃∃V1,U1. ↑[d,e] V1 ≡ V2 & ↑[d+1,e] U1 ≡ U2 &
-                               T1 = ♭I V1. U1.
-#d #e #T1 #I #V2 #U2 #H lapply (lift_inv_con22_aux … H) /2/
-qed.
-
-(* the main properies *******************************************************)
-
-theorem lift_trans_rev: ∀d1,e1,T1,T. ↑[d1,e1] T1 ≡ T →
-                        ∀d2,e2,T2. ↑[d2 + e1, e2] T2 ≡ T →
-                        d1 ≤ d2 →
-                        ∃∃T0. ↑[d1, e1] T0 ≡ T2 & ↑[d2, e2] T0 ≡ T1.
-#d1 #e1 #T1 #T #H elim H -H d1 e1 T1 T
-   [ #k #d1 #e1 #d2 #e2 #T2 #Hk #Hd12
-     lapply (lift_inv_sort2 … Hk) -Hk #Hk destruct -T2 /3/
-   | #i #d1 #e1 #Hid1 #d2 #e2 #T2 #Hi #Hd12
-     lapply (lift_inv_lref2 … Hi) -Hi * * #Hid2 #H destruct -T2
-     [ -Hid2 /4/
-     | elim (lt_false d1 ?)
-       @(le_to_lt_to_lt … Hd12) -Hd12 @(le_to_lt_to_lt … Hid1) -Hid1 /2/
-     ]
-   | #i #d1 #e1 #Hid1 #d2 #e2 #T2 #Hi #Hd12
-     lapply (lift_inv_lref2 … Hi) -Hi * * #Hid2 #H destruct -T2
-     [ -Hd12; lapply (lt_plus_to_lt_l … Hid2) -Hid2 #Hid2 /3/
-     | -Hid1; lapply (arith1 … Hid2) -Hid2 #Hid2
-       @(ex2_1_intro … #(i - e2))
-       [ >le_plus_minus_comm [ @lift_lref_ge @(transitive_le … Hd12) -Hd12 /2/ | -Hd12 /2/ ]
-       | -Hd12 >(plus_minus_m_m i e2) in ⊢ (? ? ? ? %) /3/
-       ]
-     ]
-   | #I #W1 #W #U1 #U #d1 #e1 #_ #_ #IHW #IHU #d2 #e2 #T2 #H #Hd12
-     lapply (lift_inv_con22 … H) -H * #W2 #U2 #HW2 #HU2 #H destruct -T2;
-     elim (IHW … HW2 ?) // -IHW HW2 #W0 #HW2 #HW1
-     >plus_plus_comm_23 in HU2 #HU2 elim (IHU … HU2 ?) /3 width = 5/
-   ]
-qed.
-
-theorem lift_free: ∀d1,e2,T1,T2. ↑[d1, e2] T1 ≡ T2 → ∀d2,e1.
-                                 d1 ≤ d2 → d2 ≤ d1 + e1 → e1 ≤ e2 →
-                                 ∃∃T. ↑[d1, e1] T1 ≡ T & ↑[d2, e2 - e1] T ≡ T2.
-#d1 #e2 #T1 #T2 #H elim H -H d1 e2 T1 T2
-   [ /3/
-   | #i #d1 #e2 #Hid1 #d2 #e1 #Hd12 #_ #_
-     lapply (lt_to_le_to_lt … Hid1 Hd12) -Hd12 #Hid2 /4/
-   | #i #d1 #e2 #Hid1 #d2 #e1 #_ #Hd21 #He12
-     lapply (transitive_le …(i+e1) Hd21 ?) /2/ -Hd21 #Hd21
-     <(plus_plus_minus_m_m e1 e2 i) /3/
-   | #I #V1 #V2 #T1 #T2 #d1 #e2 #_ #_ #IHV #IHT #d2 #e1 #Hd12 #Hd21 #He12
-     elim (IHV … Hd12 Hd21 He12) -IHV #V0 #HV0a #HV0b 
-     elim (IHT (d2+1) … ? ? He12) /3 width = 5/
-   ]
+                               T1 = 𝕓{I} V1. U1.
+/2/ qed.
+
+lemma lift_inv_flat2_aux: ∀d,e,T1,T2. ↑[d,e] T1 ≡ T2 →
+                          ∀I,V2,U2. T2 = 𝕗{I} V2.U2 →
+                          ∃∃V1,U1. ↑[d,e] V1 ≡ V2 & ↑[d,e] U1 ≡ U2 &
+                                   T1 = 𝕗{I} V1. U1.
+#d #e #T1 #T2 * -d e T1 T2
+[ #k #d #e #I #V2 #U2 #H destruct
+| #i #d #e #_ #I #V2 #U2 #H destruct
+| #i #d #e #_ #I #V2 #U2 #H destruct
+| #J #W1 #W2 #T1 #T2 #d #e #HW #HT #I #V2 #U2 #H destruct
+| #J #W1 #W2 #T1 #T2 #d #e #HW #HT #I #V2 #U2 #H destruct /2 width = 5/
+]
 qed.
+
+lemma lift_inv_flat2: ∀d,e,T1,I,V2,U2. ↑[d,e] T1 ≡  𝕗{I} V2. U2 →
+                      ∃∃V1,U1. ↑[d,e] V1 ≡ V2 & ↑[d,e] U1 ≡ U2 &
+                               T1 = 𝕗{I} V1. U1.
+/2/ qed.