]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blobdiff - matita/matita/contribs/lambdadelta/ground_2/lib/arith.ma
ground_2 released and permanently renamed as ground
[helm.git] / matita / matita / contribs / lambdadelta / ground_2 / lib / arith.ma
diff --git a/matita/matita/contribs/lambdadelta/ground_2/lib/arith.ma b/matita/matita/contribs/lambdadelta/ground_2/lib/arith.ma
deleted file mode 100644 (file)
index e409231..0000000
+++ /dev/null
@@ -1,416 +0,0 @@
-(**************************************************************************)
-(*       ___                                                              *)
-(*      ||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_2/xoa/ex_3_1.ma".
-include "ground_2/xoa/or_3.ma".
-include "ground_2/notation/functions/uparrow_1.ma".
-include "ground_2/notation/functions/downarrow_1.ma".
-include "ground_2/pull/pull_2.ma".
-include "ground_2/lib/relations.ma".
-
-(* ARITHMETICAL PROPERTIES **************************************************)
-
-interpretation "nat successor" 'UpArrow m = (S m).
-
-interpretation "nat predecessor" 'DownArrow m = (pred m).
-
-interpretation "nat min" 'and x y = (min x y).
-
-interpretation "nat max" 'or x y = (max x y).
-
-(* Iota equations ***********************************************************)
-
-lemma pred_O: pred 0 = 0.
-normalize // qed.
-
-lemma pred_S: ∀m. pred (S m) = m.
-// qed.
-
-lemma plus_S1: ∀x,y. ↑(x+y) = (↑x) + y.
-// qed.
-
-lemma max_O1: ∀n. n = (0 ∨ n).
-// qed.
-
-lemma max_O2: ∀n. n = (n ∨ 0).
-// qed.
-
-lemma max_SS: ∀n1,n2. ↑(n1∨n2) = (↑n1 ∨ ↑n2).
-#n1 #n2 elim (decidable_le n1 n2) #H normalize
-[ >(le_to_leb_true … H) | >(not_le_to_leb_false … H) ] -H //
-qed.
-
-(* Equalities ***************************************************************)
-
-lemma plus_SO_sn (n): 1 + n = ↑n.
-// qed-.
-
-lemma plus_SO_dx (n): n + 1 = ↑n.
-// qed.
-
-lemma minus_SO_dx (n): n-1 = ↓n.
-// qed.
-
-lemma minus_plus_m_m_commutative: ∀n,m:nat. n = m + n - m.
-// qed-.
-
-lemma plus_minus_m_m_commutative (n) (m): m ≤ n → n = m+(n-m).
-/2 width=1 by plus_minus_associative/ qed-.
-
-lemma plus_to_minus_2: ∀m1,m2,n1,n2. n1 ≤ m1 → n2 ≤ m2 →
-                       m1+n2 = m2+n1 → m1-n1 = m2-n2.
-#m1 #m2 #n1 #n2 #H1 #H2 #H
-@plus_to_minus >plus_minus_associative //
-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-.
-
-lemma lt_succ_pred: ∀m,n. n < m → m = ↑↓m.
-#m #n #Hm >S_pred /2 width=2 by ltn_to_ltO/
-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 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 idempotent_max: ∀n:nat. n = (n ∨ n).
-#n normalize >le_to_leb_true //
-qed.
-
-lemma associative_max: associative … max.
-#x #y #z normalize
-@(leb_elim x y) normalize #Hxy
-@(leb_elim y z) normalize #Hyz //
-[1,2: >le_to_leb_true /2 width=3 by transitive_le/
-| >not_le_to_leb_false /4 width=3 by lt_to_not_le, not_le_to_lt, transitive_lt/
-  >not_le_to_leb_false //
-]
-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-.
-
-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.
-
-lemma minus_le_trans_sn: ∀x1,x2. x1 ≤ x2 → ∀x. x1-x ≤ x2.
-/2 width=3 by transitive_le/ qed.
-
-lemma le_plus_to_minus_l: ∀a,b,c. a + b ≤ c → b ≤ c-a.
-/2 width=1 by le_plus_to_minus_r/
-qed-.
-
-lemma le_plus_to_minus_comm: ∀n,m,p. n ≤ p+m → n-p ≤ m.
-/2 width=1 by le_plus_to_minus/ qed-.
-
-lemma le_inv_S1: ∀m,n. ↑m ≤ n → ∃∃p. m ≤ p & ↑p = n.
-#m *
-[ #H lapply (le_n_O_to_eq … H) -H
-  #H destruct
-| /3 width=3 by monotonic_pred, ex2_intro/
-]
-qed-.
-
-(* Note: this might interfere with nat.ma *)
-lemma monotonic_lt_pred: ∀m,n. m < n → 0 < 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 lt_S_S: ∀x,y. x < y → ↑x < ↑y.
-/2 width=1 by le_S_S/ qed.
-
-lemma lt_S: ∀n,m. n < m → n < ↑m.
-/2 width=1 by le_S/ qed.
-
-lemma monotonic_lt_minus_r:
-∀p,q,n. q < n -> q < p → n-p < n-q.
-#p #q #n #Hn #H
-lapply (monotonic_le_minus_r … n H) -H #H
-@(le_to_lt_to_lt … H) -H
-/2 width=1 by lt_plus_to_minus/
-qed.
-
-lemma max_S1_le_S: ∀n1,n2,n. (n1 ∨ n2) ≤ n → (↑n1 ∨ n2) ≤ ↑n.
-/4 width=2 by to_max, le_maxr, le_S_S, le_S/ qed-.
-
-lemma max_S2_le_S: ∀n1,n2,n. (n1 ∨ n2) ≤ n → (n1 ∨ ↑n2) ≤ ↑n.
-/2 width=1 by max_S1_le_S/ qed-.
-
-(* Inversion & forward lemmas ***********************************************)
-
-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 lt_le_false: ∀x,y. x < y → y ≤ x → ⊥.
-/3 width=4 by lt_refl_false, lt_to_le_to_lt/ qed-.
-
-lemma le_dec (n) (m): Decidable (n≤m).
-#n elim n -n [ /2 width=1 by or_introl/ ]
-#n #IH * [ /3 width=2 by lt_zero_false, or_intror/ ]
-#m elim (IH m) -IH
-[ /3 width=1 by or_introl, le_S_S/
-| /4 width=1 by or_intror, le_S_S_to_le/
-]
-qed-.
-
-lemma succ_inv_refl_sn: ∀x. ↑x = x → ⊥.
-#x #H @(lt_le_false x (↑x)) //
-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-.
-
-lemma pred_inv_fix_sn: ∀x. ↓x = x → 0 = x.
-* // #x <pred_Sn #H
-elim (succ_inv_refl_sn x) //
-qed-.
-
-lemma discr_plus_xy_y: ∀x,y. x + y = y → x = 0.
-// qed-.
-
-lemma discr_plus_x_xy: ∀x,y. x = x + y → y = 0.
-/2 width=2 by le_plus_minus_comm/ qed-.
-
-lemma plus2_le_sn_sn: ∀m1,m2,n1,n2. m1 + n1 = m2 + n2 → m1 ≤ m2 → n2 ≤ n1.
-#m1 #m2 #n1 #n2 #H #Hm
-lapply (monotonic_le_plus_l n1 … Hm) -Hm >H -H
-/2 width=2 by le_plus_to_le/
-qed-.
-
-lemma plus2_le_sn_dx: ∀m1,m2,n1,n2. m1 + n1 = n2 + m2 → m1 ≤ m2 → n2 ≤ n1.
-/2 width=4 by plus2_le_sn_sn/ qed-.
-
-lemma plus2_le_dx_sn: ∀m1,m2,n1,n2. n1 + m1 = m2 + n2 → m1 ≤ m2 → n2 ≤ n1.
-/2 width=4 by plus2_le_sn_sn/ qed-.
-
-lemma plus2_le_dx_dx: ∀m1,m2,n1,n2. n1 + m1 = n2 + m2 → m1 ≤ m2 → n2 ≤ n1.
-/2 width=4 by plus2_le_sn_sn/ qed-.
-
-lemma lt_S_S_to_lt: ∀x,y. ↑x < ↑y → x < y.
-/2 width=1 by le_S_S_to_le/ 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 lt_inv_O1: ∀n. 0 < n → ∃m. ↑m = n.
-* /2 width=2 by ex_intro/
-#H cases (lt_le_false … H) -H //
-qed-.
-
-lemma lt_inv_S1: ∀m,n. ↑m < n → ∃∃p. m < p & ↑p = n.
-#m * /3 width=3 by lt_S_S_to_lt, ex2_intro/
-#H cases (lt_le_false … H) -H //
-qed-.
-
-lemma lt_inv_gen: ∀y,x. x < y → ∃∃z. x ≤ z & ↑z = y.
-* /3 width=3 by le_S_S_to_le, ex2_intro/
-#x #H elim (lt_le_false … H) -H //
-qed-.
-
-lemma plus_inv_O3: ∀x,y. x + y = 0 → x = 0 ∧ y = 0.
-/2 width=1 by plus_le_0/ qed-.
-
-lemma plus_inv_S3_sn: ∀x1,x2,x3. x1+x2 = ↑x3 →
-                      ∨∨ ∧∧ x1 = 0 & x2 = ↑x3
-                       | ∃∃y1. x1 = ↑y1 & y1 + x2 = x3.
-* /3 width=1 by or_introl, conj/
-#x1 #x2 #x3 <plus_S1 #H destruct
-/3 width=3 by ex2_intro, or_intror/
-qed-.
-
-lemma plus_inv_S3_dx: ∀x2,x1,x3. x1+x2 = ↑x3 →
-                      ∨∨ ∧∧ x2 = 0 & x1 = ↑x3
-                       | ∃∃y2. x2 = ↑y2 & x1 + y2 = x3.
-* /3 width=1 by or_introl, conj/
-#x2 #x1 #x3 <plus_n_Sm #H destruct
-/3 width=3 by ex2_intro, or_intror/
-qed-.
-
-lemma max_inv_O3: ∀x,y. (x ∨ y) = 0 → 0 = x ∧ 0 = y.
-/4 width=2 by le_maxr, le_maxl, le_n_O_to_eq, conj/
-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-.
-
-lemma nat_split: ∀x. x = 0 ∨ ∃y. ↑y = x.
-* /3 width=2 by ex_intro, or_introl, or_intror/
-qed-.
-
-lemma lt_elim: ∀R:relation nat.
-               (∀n2. R O (↑n2)) →
-               (∀n1,n2. R n1 n2 → R (↑n1) (↑n2)) →
-               ∀n2,n1. n1 < n2 → R n1 n2.
-#R #IH1 #IH2 #n2 elim n2 -n2
-[ #n1 #H elim (lt_le_false … H) -H //
-| #n2 #IH * /4 width=1 by lt_S_S_to_lt/
-]
-qed-.
-
-lemma le_elim: ∀R:relation nat.
-               (∀n2. R O (n2)) →
-               (∀n1,n2. R n1 n2 → R (↑n1) (↑n2)) →
-               ∀n1,n2. n1 ≤ n2 → R n1 n2.
-#R #IH1 #IH2 #n1 #n2 @(nat_elim2 … n1 n2) -n1 -n2
-/4 width=1 by monotonic_pred/ -IH1 -IH2
-#n1 #H elim (lt_le_false … H) -H //
-qed-.
-
-lemma nat_elim_le_sn (Q:relation …):
-      (∀m1,m2. (∀m. m < m2-m1 → Q (m2-m) m2) → m1 ≤ m2 → Q m1 m2) →
-      ∀n1,n2. n1 ≤ n2 → Q n1 n2.
-#Q #IH #n1 #n2 #Hn
-<(minus_minus_m_m … Hn) -Hn
-lapply (minus_le n2 n1)
-let d ≝ (n2-n1)
-@(nat_elim1 … d) -d -n1 #d
-@pull_2 #Hd
-<(minus_minus_m_m … Hd) in ⊢ (%→?); -Hd
-let n1 ≝ (n2-d) #IHd
-@IH -IH [| // ] #m #Hn
-/4 width=3 by lt_to_le, lt_to_le_to_lt/
-qed-.
-
-(* Iterators ****************************************************************)
-
-(* Note: see also: lib/arithemetics/bigops.ma *)
-rec definition 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_O: ∀B:Type[0]. ∀f:B→B.∀b. f^0 b = b.
-// qed.
-
-lemma iter_S: ∀B:Type[0]. ∀f:B→B.∀b,l. f^(S l) b = f (f^l b).
-// 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" *)
-rec definition 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.
-
-(* Decidability of predicates ***********************************************)
-
-lemma dec_lt (R:predicate nat):
-      (∀n. Decidable … (R n)) →
-      ∀n. Decidable … (∃∃m. m < n & R m).
-#R #HR #n elim n -n [| #n * ]
-[ @or_intror * /2 width=2 by lt_zero_false/
-| * /4 width=3 by lt_S, or_introl, ex2_intro/
-| #H0 elim (HR n) -HR
-  [ /3 width=3 by or_introl, ex2_intro/
-  | #Hn @or_intror * #m #Hmn #Hm
-    elim (le_to_or_lt_eq … Hmn) -Hmn #H destruct [ -Hn | -H0 ]
-    /4 width=3 by lt_S_S_to_lt, ex2_intro/
-  ]
-]
-qed-.
-
-lemma dec_min (R:predicate nat):
-      (∀n. Decidable … (R n)) → ∀n. R n →
-      ∃∃m. m ≤ n & R m & (∀p. p < m → R p → ⊥).
-#R #HR #n
-@(nat_elim1 n) -n #n #IH #Hn
-elim (dec_lt … HR n) -HR [ -Hn | -IH ]
-[ * #p #Hpn #Hp
-  elim (IH … Hpn Hp) -IH -Hp #m #Hmp #Hm #HNm
-  @(ex3_intro … Hm HNm) -HNm
-  /3 width=3 by lt_to_le, le_to_lt_to_lt/
-| /4 width=4 by ex3_intro, ex2_intro/
-]
-qed-.