]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/commitdiff
finite lambda calculus
authorAndrea Asperti <andrea.asperti@unibo.it>
Wed, 24 Dec 2014 09:56:26 +0000 (09:56 +0000)
committerAndrea Asperti <andrea.asperti@unibo.it>
Wed, 24 Dec 2014 09:56:26 +0000 (09:56 +0000)
matita/matita/lib/finite_lambda/confluence.ma [new file with mode: 0644]
matita/matita/lib/finite_lambda/finite_lambda.ma [new file with mode: 0644]
matita/matita/lib/finite_lambda/finite_lambda_deep.ma [new file with mode: 0644]
matita/matita/lib/finite_lambda/reduction.ma [new file with mode: 0644]
matita/matita/lib/finite_lambda/terms_and_types.ma [new file with mode: 0644]
matita/matita/lib/finite_lambda/typing.ma [new file with mode: 0644]
matita/matita/lib/finite_lambda/typing_deep.ma [new file with mode: 0644]
matita/matita/lib/finite_lambda/typing_old.ma [new file with mode: 0644]

diff --git a/matita/matita/lib/finite_lambda/confluence.ma b/matita/matita/lib/finite_lambda/confluence.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..32b7e3f
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,226 @@
+(*
+    ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic        
+    ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science     
+    ||T||  Department of the University of Bologna, Italy.                     
+    ||I||                                                                 
+    ||T||  
+    ||A||  This file is distributed under the terms of the 
+    \   /  GNU General Public License Version 2        
+     \ /      
+      V_______________________________________________________________ *)
+
+include "finite_lambda/reduction.ma".
+
+   
+axiom canonical_to_T: ∀O,D.∀M:T O D.∀ty.(* type_of M ty → *)
+  ∃a:FinSet_of_FType O D ty. star ? (red O D) M (to_T O D ty a).
+   
+axiom normal_to_T: ∀O,D,M,ty,a. red O D (to_T O D ty a) M → False.
+
+axiom red_closed: ∀O,D,M,M1. 
+  is_closed O D 0 M → red O D M M1 → is_closed O D 0 M1.
+
+lemma critical: ∀O,D,ty,M,N. 
+  ∃M3:T O D
+  .star (T O D) (red O D) (subst O D M 0 N) M3
+   ∧star (T O D) (red O D)
+    (App O D
+     (Vec O D ty
+      (map (FinSet_of_FType O D ty) (T O D)
+       (λa0:FinSet_of_FType O D ty.subst O D M 0 (to_T O D ty a0))
+       (enum (FinSet_of_FType O D ty)))) N) M3.
+#O #D #ty #M #N
+lapply (canonical_to_T O D N ty) * #a #Ha
+%{(subst O D M 0 (to_T O D ty a))} (* CR-term *)
+%[@red_star_subst @Ha
+ |@trans_star [|@(star_red_appr … Ha)] @R_to_star @riota
+  lapply (enum_complete (FinSet_of_FType O D ty) a)
+  elim (enum (FinSet_of_FType O D ty))
+   [normalize #H1 destruct (H1)
+   |#hd #tl #Hind #H cases (orb_true_l … H) -H #Hcase
+     [normalize >Hcase >(\P Hcase) //
+     |normalize cases (true_or_false (a==hd)) #Hcase1
+       [normalize >Hcase1 >(\P Hcase1) // |>Hcase1 @Hind @Hcase]
+     ]
+   ]
+ ]
+qed.
+
+lemma critical2: ∀O,D,ty,a,M,M1,M2,v.
+  red O D (Vec O D ty v) M →
+  red O D (App O D (Vec O D ty v) (to_T O D ty a)) M1 →
+  assoc (FinSet_of_FType O D ty) (T O D) a (enum (FinSet_of_FType O D ty)) v
+    =Some (T O D) M2 →
+  ∃M3:T O D
+  .star (T O D) (red O D) M2 M3
+   ∧star (T O D) (red O D) (App O D M (to_T O D ty a)) M3.
+#O #D #ty #a #M #M1 #M2 #v #redM #redM1 #Ha lapply (red_vec … redM) -redM
+* #N * #N1 * #v1 * #v2 * * #Hred1 #Hv #HM0 >HM0 -HM0 >Hv in Ha; #Ha
+cases (same_assoc … a (enum (FinSet_of_FType O D ty)) v1 v2 N N1)
+  [* >Ha -Ha #H1 destruct (H1) #Ha
+   %{N1} (* CR-term *) % [@R_to_star //|@R_to_star @(riota … Ha)]
+  |#Ha1 %{M2} (* CR-term *) % [// | @R_to_star @riota <Ha1 @Ha]
+  ]
+qed.
+
+
+lemma critical3: ∀O,D,ty,M1,M2. red O D M1 M2 → 
+  ∃M3:T O D.star (T O D) (red O D) (Lambda O D ty M2) M3
+   ∧star (T O D) (red O D)
+    (Vec O D ty
+     (map (FinSet_of_FType O D ty) (T O D)
+      (λa:FinSet_of_FType O D ty.subst O D M1 0 (to_T O D ty a))
+      (enum (FinSet_of_FType O D ty)))) M3.
+#O #D #ty #M1 #M2 #Hred
+ %{(Vec O D ty
+    (map (FinSet_of_FType O D ty) (T O D)
+    (λa:FinSet_of_FType O D ty.subst O D M2 0 (to_T O D ty a))
+    (enum (FinSet_of_FType O D ty))))} (* CR-term *) %
+  [@R_to_star @rmem
+  |@star_red_vec2 [>length_map >length_map //] #n #M0
+   cases (true_or_false (leb (|enum (FinSet_of_FType O D ty)|) n)) #Hcase
+    [>nth_to_default [2:>length_map @(leb_true_to_le … Hcase)]
+     >nth_to_default [2:>length_map @(leb_true_to_le … Hcase)] //
+    |cut (n < |enum (FinSet_of_FType O D ty)|) 
+      [@not_le_to_lt @leb_false_to_not_le @Hcase] #Hlt
+     cut (∃a:FinSet_of_FType O D ty.True)
+      [lapply Hlt lapply (enum_complete (FinSet_of_FType O D ty))
+       cases (enum (FinSet_of_FType O D ty)) 
+        [#_ normalize #H @False_ind @(absurd … H) @lt_to_not_le //
+        |#a #l #_ #_ %{a} //
+        ]
+      ] * #a #_
+     >(nth_map ?????? a Hlt) >(nth_map ?????? a Hlt) #_
+     @red_star_subst2 // 
+    ]
+  ]
+qed.
+
+(* we need to proceed by structural induction on the term and then
+by inversion on the two redexes. The problem are the moves in a 
+same subterm, since we need an induction hypothesis, there *)
+
+lemma local_confluence: ∀O,D,M,M1,M2. red O D M M1 → red O D M M2 → 
+∃M3. star ? (red O D) M1 M3 ∧ star ? (red O D) M2 M3. 
+#O #D #M @(T_elim … M)
+  [#o #a #M1 #M2 #H elim(red_val ????? H)
+  |#n #M1 #M2 #H elim(red_rel ???? H)
+  |(* app : this is the interesting case *)
+   #P #Q #HindP #HindQ
+   #M1 #M2 #H1 inversion H1 -H1
+    [(* right redex is beta *)
+     #ty #Q #N #Hc #HM >HM -HM #HM1 >HM1 - HM1 #Hl inversion Hl
+      [#ty1 #Q1 #N1 #Hc1 #H1 destruct (H1) #H_ 
+       %{(subst O D Q1 0 N1)} (* CR-term *) /2/
+      |#ty #v #a #M0 #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#M0 #M10 #N0 #redM0 #_ #H1 destruct (H1) #_ cases (red_lambda … redM0)
+        [* #Q1 * #redQ #HM10 >HM10 
+         %{(subst O D Q1 0 N0)} (* CR-term *) %
+          [@red_star_subst2 //|@R_to_star @rbeta @Hc]
+        |#HM1 >HM1 @critical
+        ]
+      |#M0 #N0 #N1 #redN0N1 #_ #H1 destruct (H1) #HM2
+       %{(subst O D Q 0 N1)} (* CR-term *) 
+       %[@red_star_subst @R_to_star //|@R_to_star @rbeta @(red_closed … Hc) //]
+      |#ty1 #N0 #N1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      ] 
+    |(* right redex is iota *)#ty #v #a #M3 #Ha #_ #_ #Hl inversion Hl
+      [#P1 #M1 #N1 #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #v1 #a1 #M4 #Ha1 #H1 destruct (H1) -H1 #HM4 >(inj_to_T … e0) in Ha;
+       >Ha1 #H1 destruct (H1) %{M3} (* CR-term *) /2/
+      |#M0 #M10 #N0 #redM0 #_ #H1 destruct (H1) #HM2 @(critical2 … redM0 Hl Ha)
+      |#M0 #N0 #N1 #redN0N1 #_ #H1 destruct (H1) elim (normal_to_T … redN0N1)
+      |#ty1 #N0 #N1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      ]
+    |(* right redex is appl *)#M3 #M4 #N #redM3M4 #_ #H1 destruct (H1) #_ 
+      #Hl inversion Hl
+      [#ty1 #M1 #N1 #Hc #H1 destruct (H1) #HM2 lapply (red_lambda … redM3M4) *
+        [* #M3 * #H1 #H2 >H2 %{(subst O D M3 0 N1)} %
+          [@R_to_star @rbeta @Hc|@red_star_subst2 // ]
+        |#H >H -H lapply (critical O D ty1 M1 N1) * #M3 * #H1 #H2 
+         %{M3} /2/
+        ]
+      |#ty1 #v1 #a1 #M4 #Ha1 #H1 #H2 destruct 
+       lapply (critical2 … redM3M4 Hl Ha1) * #M3 * #H1 #H2 %{M3} /2/
+      |#M0 #M10 #N0 #redM0 #_ #H1 destruct (H1) #HM2 
+       lapply (HindP … redM0 redM3M4) * #M3 * #H1 #H2 
+       %{(App O D M3 N0)} (* CR-term *) % [@star_red_appl //|@star_red_appl //]
+      |#M0 #N0 #N1 #redN0N1 #_ #H1 destruct (H1) #_
+       %{(App O D M4 N1)} % @R_to_star [@rappr //|@rappl //]
+      |#ty1 #N0 #N1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      ]
+    |(* right redex is appr *)#M3 #N #N1 #redN #_ #H1 destruct (H1) #_ 
+      #Hl inversion Hl
+      [#ty1 #M0 #N0 #Hc #H1 destruct (H1) #HM2 
+       %{(subst O D M0 0 N1)} (* CR-term *) % 
+        [@R_to_star @rbeta @(red_closed … Hc) //|@red_star_subst @R_to_star // ]
+      |#ty1 #v1 #a1 #M4 #Ha1 #H1 #H2 destruct (H1) elim (normal_to_T … redN)
+      |#M0 #M10 #N0 #redM0 #_ #H1 destruct (H1) #HM2 
+       %{(App O D M10 N1)} (* CR-term *) % @R_to_star [@rappl //|@rappr //]
+      |#M0 #N0 #N10 #redN0 #_ #H1 destruct (H1) #_
+       lapply (HindQ … redN0 redN) * #M3 * #H1 #H2 
+       %{(App O D M0 M3)} (* CR-term *) % [@star_red_appr //|@star_red_appr //]
+      |#ty1 #N0 #N1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      ]
+    |(* right redex is rlam *) #ty #N0 #N1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+    |(* right redex is rmem *) #ty #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+    |(* right redex is vec *) #ty #N #N1 #v #v1 #_ #_ 
+     #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+    ]
+  |#ty #M1 #Hind #M2 #M3 #H1 #H2 (* this case is not trivial any more *)
+   lapply (red_lambda … H1) *
+    [* #M4 * #H3 #H4 >H4 lapply (red_lambda … H2) *
+      [* #M5 * #H5 #H6 >H6 lapply(Hind … H3 H5) * #M6 * #H7 #H8 
+       %{(Lambda O D ty M6)} (* CR-term *) % @star_red_lambda //
+      |#H5 >H5 @critical3 // 
+      ]
+    |#HM2 >HM2 lapply (red_lambda … H2) *
+      [* #M4 * #Hred #HM3 >HM3 lapply (critical3 … ty ?? Hred) * #M5
+       * #H3 #H4 %{M5} (* CR-term *) % //
+      |#HM3 >HM3 %{M3} (* CR-term *) % // 
+      ]
+    ]
+  |#ty #v1 #Hind #M1 #M2 #H1 #H2
+   lapply (red_vec … H1) * #N11 * #N12 * #v11 * #v12 * * #redN11 #Hv1 #HM1
+   lapply (red_vec … H2) * #N21* #N22 * #v21 * #v22 * * #redN21 #Hv2 #HM2
+   >Hv1 in Hv2; #Hvv lapply (compare_append … Hvv) -Hvv * 
+   (* we must proceed by cases on the list *) * normalize
+    [(* N11 = N21 *) *
+      [>append_nil * #Hl1 #Hl2 destruct lapply(Hind N11 … redN11 redN21)
+        [@mem_append_l2 %1 //]
+       * #M3 * #HM31 #HM32
+       %{(Vec O D ty (v21@M3::v12))} (* CR-term *) 
+       % [@star_red_vec //|@star_red_vec //]
+      |>append_nil * #Hl1 #Hl2 destruct lapply(Hind N21 … redN21 redN11)
+        [@mem_append_l2 %1 //]
+       * #M3 * #HM31 #HM32
+       %{(Vec O D ty (v11@M3::v22))} (* CR-term *) 
+       % [@star_red_vec //|@star_red_vec //]
+      ]
+    |(* N11 ≠  N21 *) -Hind #P #l *
+      [* #Hv11 #Hv22 destruct
+       %{((Vec O D ty ((v21@N22::l)@N12::v12)))} (* CR-term *) % @R_to_star 
+        [>associative_append >associative_append normalize @rvec //
+        |>append_cons <associative_append <append_cons in ⊢ (???%?); @rvec //
+        ]
+      |* #Hv11 #Hv22 destruct
+       %{((Vec O D ty ((v11@N12::l)@N22::v22)))} (* CR-term *) % @R_to_star 
+        [>append_cons <associative_append <append_cons in ⊢ (???%?); @rvec //
+        |>associative_append >associative_append normalize @rvec //
+        ]
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.    
+      
+
+
+
diff --git a/matita/matita/lib/finite_lambda/finite_lambda.ma b/matita/matita/lib/finite_lambda/finite_lambda.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..d07960e
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,456 @@
+(*
+    ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic        
+    ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science     
+    ||T||  Department of the University of Bologna, Italy.                     
+    ||I||                                                                 
+    ||T||  
+    ||A||  This file is distributed under the terms of the 
+    \   /  GNU General Public License Version 2        
+     \ /      
+      V_______________________________________________________________ *)
+
+include "basics/finset.ma".
+include "basics/star.ma".
+
+
+inductive FType (O:Type[0]): Type[0] ≝
+  | atom : O → FType O 
+  | arrow : FType O → FType O → FType O. 
+
+inductive T (O:Type[0]) (D:O → FinSet): Type[0] ≝
+  | Val: ∀o:O.carr (D o) → T O D        (* a value in a finset *)
+  | Rel: nat → T O D                    (* DB index, base is 0 *)
+  | App: T O D → T O D → T O D          (* function, argument *)
+  | Lambda: FType O → T O D → T O D     (* type, body *)
+  | Vec: FType O → list (T O D) → T O D (* type, body *)
+.
+
+let rec FinSet_of_FType O (D:O→FinSet) (ty:FType O) on ty : FinSet ≝
+  match ty with
+  [atom o ⇒ D o
+  |arrow ty1 ty2 ⇒ FinFun (FinSet_of_FType O D ty1) (FinSet_of_FType O D ty2)
+  ].
+
+(* size *)
+
+let rec size O D (M:T O D) on M ≝
+match M with
+  [Val o a ⇒ 1
+  |Rel n ⇒ 1
+  |App P Q ⇒ size O D P + size O D Q + 1
+  |Lambda Ty P ⇒ size O D P + 1
+  |Vec Ty v ⇒ foldr ?? (λx,a. size O D x + a) 0 v +1
+  ]
+.
+
+(* axiom pos_size: ∀M. 1 ≤ size M. *)
+
+theorem Telim_size: ∀O,D.∀P: T O D → Prop. 
+ (∀M. (∀N. size O D N < size O D M → P N) → P M) → ∀M. P M.
+#O #D #P #H #M (cut (∀p,N. size O D N = p → P N))
+  [2: /2/]
+#p @(nat_elim1 p) #m #H1 #N #sizeN @H #N0 #Hlt @(H1 (size O D N0)) //
+qed.
+
+lemma T_elim: 
+  ∀O: Type[0].∀D:O→FinSet.∀P:T O D→Prop.
+  (∀o:O.∀x:D o.P (Val O D o x)) →
+  (∀n:ℕ.P(Rel O D n)) →
+  (∀m,n:T O D.P m→P n→P (App O D m n)) →
+  (∀Ty:FType O.∀m:T O D.P m→P(Lambda O D Ty m)) →
+  (∀Ty:FType O.∀v:list (T O D).
+     (∀x:T O D. mem ? x v → P x) → P(Vec O D Ty v)) →
+  ∀x:T O D.P x.
+#O #D #P #Hval #Hrel #Happ #Hlam #Hvec @Telim_size #x cases x //
+  [ (* app *) #m #n #Hind @Happ @Hind // /2 by le_minus_to_plus/
+  | (* lam *) #ty #m #Hind @Hlam @Hind normalize // 
+  | (* vec *) #ty #v #Hind @Hvec #x lapply Hind elim v
+    [#Hind normalize *
+    |#hd #tl #Hind1 #Hind2 * 
+      [#Hx >Hx @Hind2 normalize //
+      |@Hind1 #N #H @Hind2 @(lt_to_le_to_lt … H) normalize //
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.
+       
+        
+(* arguments: k is the nesting depth (starts from 0), p is the lift *)
+let rec lift O D t k p on t ≝ 
+  match t with 
+    [ Val o a ⇒ Val O D o a
+    | Rel n ⇒ if (leb k n) then Rel O D (n+p) else Rel O D n
+    | App m n ⇒ App O D (lift O D m k p) (lift O D n k p)
+    | Lambda Ty n ⇒ Lambda O D Ty (lift O D n (S k) p)
+    | Vec Ty v ⇒ Vec O D Ty (map ?? (λx. lift O D x k p) v) 
+    ].
+
+notation "↑ ^ n ( M )" non associative with precedence 40 for @{'Lift 0 $n $M}.
+notation "↑ _ k ^ n ( M )" non associative with precedence 40 for @{'Lift $n $k $M}.
+
+interpretation "Lift" 'Lift n k M = (lift ?? M k n). 
+
+let rec subst O D t k s on t ≝ 
+  match t with 
+    [ Val o a ⇒ Val O D o a 
+    | Rel n ⇒ if (leb k n) then
+        (if (eqb k n) then lift O D s 0 n else Rel O D (n-1)) 
+        else(Rel O D n)
+    | App m n ⇒ App O D (subst O D m k s) (subst O D n k s)
+    | Lambda T n ⇒ Lambda O D T (subst O D n (S k) s)
+    | Vec T v ⇒ Vec O D T (map ?? (λx. subst O D x k s) v) 
+    ].
+    
+(* notation "hvbox(M break [ k ≝ N ])" 
+   non associative with precedence 90
+   for @{'Subst1 $M $k $N}. *)
+interpretation "Subst" 'Subst1 M k N = (subst M k N). 
+
+(* closed terms ????
+let rec closed_k O D (t: T O D) k on t ≝ 
+  match t with 
+    [ Val o a ⇒ True
+    | Rel n ⇒ n < k 
+    | App m n ⇒ (closed_k O D m k) ∧ (closed_k O D n k)
+    | Lambda T n ⇒ closed_k O D n (k+1)
+    | Vec T v ⇒ closed_list O D v k
+    ]
+    
+and closed_list O D (l: list (T O D)) k on l ≝
+  match l with
+    [ nil ⇒ True
+    | cons hd tl ⇒ closed_k O D hd k ∧ closed_list O D tl k
+    ]
+. *)
+
+inductive is_closed (O:Type[0]) (D:O→FinSet): nat → T O D → Prop ≝
+| cval : ∀k,o,a.is_closed O D k (Val O D o a)
+| cval : ∀k,n. n < k → is_closed O D k (Rel O D n)
+| capp : ∀k,n,m. is_closed O D k m → is_closed O D k n → 
+           is_closed O D k (App O D m n)
+| clam : ∀T,k,m. is_closed O D (k+1) m → is_closed O D k (Lambda O D T m)
+| cvec:  ∀T,k,v. (∀m. mem ? m v → is_closed O D k m) → 
+           is_closed O D k (Vec O D T v).
+           
+lemma is_closed_rel: ∀O,D,n,k.
+  is_closed O D k (Rel O D n) → n < k.
+#O #D #n #k #H inversion H 
+  [#k0 #o #a #eqk #H destruct
+  |#k0 #n0 #ltn0 #eqk #H destruct //
+  |#k0 #M #N #_ #_ #_ #H destruct
+  |#T #k0 #M #_ #_ #H destruct
+  |#T #k0 #v #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed.
+                                   
+
+(*** properties of lift and subst ***)
+
+lemma lift_0: ∀O,D.∀t:T O D.∀k. lift O D t k 0 = t.
+#O #D #t @(T_elim … t) normalize // 
+  [#n #k cases (leb k n) normalize // 
+  |#o #v #Hind #k @eq_f lapply Hind -Hind elim v // 
+   #hd #tl #Hind #Hind1 normalize @eq_f2 
+    [@Hind1 %1 //|@Hind #x #Hx @Hind1 %2 //]
+  ]
+qed.
+
+axiom lift_closed: ∀O,D.∀t:T O D.∀k,p. 
+  is_closed O D 0 t → lift O D t k p = t.
+(*
+#O #D #t @(T_elim … t) normalize // 
+  [#n #k normalize // 
+  |#o #v #Hind #k @eq_f lapply Hind -Hind elim v // 
+   #hd #tl #Hind #Hind1 normalize @eq_f2 
+    [@Hind1 %1 //|@Hind #x #Hx @Hind1 %2 //]
+  ]
+qed. *)
+
+let rec to_T O D ty on ty: FinSet_of_FType O D ty → T O D ≝ 
+  match ty return (λty.FinSet_of_FType O D ty → T O D) with 
+  [atom o ⇒ λa.Val O D o a
+  |arrow ty1 ty2 ⇒ λa:FinFun ??.Vec O D ty1  
+    (map ((FinSet_of_FType O D ty1)×(FinSet_of_FType O D ty2)) 
+     (T O D) (λp.to_T O D ty2 (snd … p)) (pi1 … a))
+  ]
+.
+
+axiom inj_to_T: ∀O,D,ty,a1,a2. to_T O D ty a1 = to_T O D ty a2 → a1 = a2.
+
+let rec assoc (A:FinSet) (B:Type[0]) (a:A) l1 l2 on l1 : option B ≝
+  match l1 with
+  [ nil ⇒  None ?
+  | cons hd1 tl1 ⇒ match l2 with
+    [ nil ⇒ None ?
+    | cons hd2 tl2 ⇒ if a==hd1 then Some ? hd2 else assoc A B a tl1 tl2
+    ]
+  ]. 
+  
+lemma same_assoc: ∀A,B,a,l1,v1,v2,N,N1.
+  assoc A B a l1 (v1@N::v2) = Some ? N ∧ assoc A B a l1 (v1@N1::v2) = Some ? N1 
+   ∨ assoc A B a l1 (v1@N::v2) = assoc A B a l1 (v1@N1::v2).
+#A #B #a #l1 #v1 #v2 #N #N1 lapply v1 -v1 elim l1 
+  [#v1 %2 // |#hd #tl #Hind * normalize cases (a==hd) normalize /3/]
+qed.
+
+lemma assoc_to_mem: ∀A,B,a,l1,l2,b. 
+  assoc A B a l1 l2 = Some ? b → mem ? b l2.
+#A #B #a #l1 elim l1
+  [#l2 #b normalize #H destruct
+  |#hd1 #tl1 #Hind * 
+    [#b normalize #H destruct
+    |#hd2 #tl2 #b normalize cases (a==hd1) normalize
+      [#H %1 destruct //|#H %2 @Hind @H]
+    ]
+  ]
+qed.
+
+inductive red (O:Type[0]) (D:O→FinSet) : T O D  →T O D → Prop ≝
+  | rbeta: ∀P,M,N. red O D (App O D (Lambda O D P M) N) (subst O D M 0 N)
+  | riota: ∀ty,v,a,M. 
+      assoc (FinSet_of_FType O D ty) ? a (enum (FinSet_of_FType O D ty)) v = Some ? M →
+      red O D (App O D (Vec O D ty v) (to_T O D ty a)) M
+  | rappl: ∀M,M1,N. red O D M M1 → red O D (App O D M N) (App O D M1 N)
+  | rappr: ∀M,N,N1. red O D N N1 → red O D (App O D M N) (App O D M N1)
+  | rmem: ∀ty,M. red O D (Lambda O D ty M)
+      (Vec O D ty (map ?? (λa. subst O D M 0 (to_T O D ty a)) 
+      (enum (FinSet_of_FType O D ty)))) 
+  | rvec: ∀ty,N,N1,v,v1. red O D N N1 → 
+      red O D (Vec O D ty (v@N::v1)) (Vec O D ty (v@N1::v1)).
+(* some inversion cases *)
+lemma red_vec: ∀O,D,ty,v,M.
+  red O D (Vec O D ty v) M → ∃N,N1,v1,v2.
+      red O D N N1 ∧ v = v1@N::v2 ∧ M = Vec O D ty (v1@N1::v2).
+#O #D #ty #v #M #Hred inversion Hred
+  [#ty1 #M0 #N #H destruct
+  |#ty1 #v1 #a #M0 #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #M0 #H destruct
+  |#ty1 #N #N1 #v1 #v2 #Hred1 #_ #H destruct #_ %{N} %{N1} %{v1} %{v2} /3/
+  ]
+qed.
+      
+lemma red_lambda: ∀O,D,ty,M,N.
+  red O D (Lambda O D ty M) N → 
+      N = Vec O D ty (map ?? (λa. subst O D M 0 (to_T O D ty a)) 
+      (enum (FinSet_of_FType O D ty))).
+#O #D #ty #M #N #Hred inversion Hred
+  [#ty1 #M0 #N #H destruct
+  |#ty1 #v1 #a #M0 #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #M0 #H destruct #_ //
+  |#ty1 #N #N1 #v1 #v2 #Hred1 #_ #H destruct
+  ]
+qed. 
+
+lemma red_val: ∀O,D,ty,a,N.
+  red O D (Val O D ty a) N → False.
+#O #D #ty #M #N #Hred inversion Hred
+  [#ty1 #M0 #N #H destruct
+  |#ty1 #v1 #a #M0 #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #M0 #H destruct #_ 
+  |#ty1 #N #N1 #v1 #v2 #Hred1 #_ #H destruct
+  ]
+qed. 
+
+lemma red_rel: ∀O,D,n,N.
+  red O D (Rel O D n) N → False.
+#O #D #n #N #Hred inversion Hred
+  [#ty1 #M0 #N #H destruct
+  |#ty1 #v1 #a #M0 #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #M0 #H destruct #_ 
+  |#ty1 #N #N1 #v1 #v2 #Hred1 #_ #H destruct
+  ]
+qed. 
+lemma star_red_appl: ∀O,D,M,M1,N. star ? (red O D) M M1 → 
+  star ? (red O D) (App O D M N) (App O D M1 N).
+#O #D #M #N #N1 #H elim H // 
+#P #Q #Hind #HPQ #Happ %1[|@Happ] @rappl @HPQ
+qed.
+
+lemma star_red_appr: ∀O,D,M,N,N1. star ? (red O D) N N1 → 
+  star ? (red O D) (App O D M N) (App O D M N1).
+#O #D #M #N #N1 #H elim H // 
+#P #Q #Hind #HPQ #Happ %1[|@Happ] @rappr @HPQ
+qed.
+
+lemma star_red_vec: ∀O,D,ty,N,N1,v1,v2. star ? (red O D) N N1 → 
+  star ? (red O D) (Vec O D ty (v1@N::v2)) (Vec O D ty (v1@N1::v2)).
+#O #D #ty #N #N1 #v1 #v2 #H elim H // 
+#P #Q #Hind #HPQ #Hvec %1[|@Hvec] @rvec @HPQ
+qed.
+
+axiom red_subst : ∀O,D,M,N,N1,i. 
+  red O D N N1 → red O D (subst O D M i N) (subst O D M i N1).
+  
+axiom red_star_subst : ∀O,D,M,N,N1,i. 
+  star ? (red O D) N N1 → star ? (red O D) (subst O D M i N) (subst O D M i N1).
+
+axiom canonical_to_T: ∀O,D.∀M:T O D.∀ty.(* type_of M ty → *)
+  ∃a:FinSet_of_FType O D ty. star ? (red O D) M (to_T O D ty a).
+   
+axiom normal_to_T: ∀O,D,M,ty,a. red O D (to_T O D ty a) M → False.
+
+lemma critical: ∀O,D,ty,M,N. 
+  ∃M3:T O D
+  .star (T O D) (red O D) (subst O D M 0 N) M3
+   ∧star (T O D) (red O D)
+    (App O D
+     (Vec O D ty
+      (map (FinSet_of_FType O D ty) (T O D)
+       (λa0:FinSet_of_FType O D ty.subst O D M 0 (to_T O D ty a0))
+       (enum (FinSet_of_FType O D ty)))) N) M3.
+#O #D #ty #M #N
+lapply (canonical_to_T O D N ty) * #a #Ha
+%{(subst O D M 0 (to_T O D ty a))} (* CR-term *)
+%[@red_star_subst @Ha
+ |@trans_star [|@(star_red_appr … Ha)] @R_to_star @riota
+  lapply (enum_complete (FinSet_of_FType O D ty) a)
+  elim (enum (FinSet_of_FType O D ty))
+   [normalize #H1 destruct (H1)
+   |#hd #tl #Hind #H cases (orb_true_l … H) -H #Hcase
+     [normalize >Hcase >(\P Hcase) //
+     |normalize cases (true_or_false (a==hd)) #Hcase1
+       [normalize >Hcase1 >(\P Hcase1) // |>Hcase1 @Hind @Hcase]
+     ]
+   ]
+ ]
+qed.
+
+lemma critical2: ∀O,D,ty,a,M,M1,M2,v.
+  red O D (Vec O D ty v) M →
+  red O D (App O D (Vec O D ty v) (to_T O D ty a)) M1 →
+  assoc (FinSet_of_FType O D ty) (T O D) a (enum (FinSet_of_FType O D ty)) v
+    =Some (T O D) M2 →
+  ∃M3:T O D
+  .star (T O D) (red O D) M2 M3
+   ∧star (T O D) (red O D) (App O D M (to_T O D ty a)) M3.
+#O #D #ty #a #M #M1 #M2 #v #redM #redM1 #Ha lapply (red_vec … redM) -redM
+* #N * #N1 * #v1 * #v2 * * #Hred1 #Hv #HM0 >HM0 -HM0 >Hv in Ha; #Ha
+cases (same_assoc … a (enum (FinSet_of_FType O D ty)) v1 v2 N N1)
+  [* >Ha -Ha #H1 destruct (H1) #Ha
+   %{N1} (* CR-term *) % [@R_to_star //|@R_to_star @(riota … Ha)]
+  |#Ha1 %{M2} (* CR-term *) % [// | @R_to_star @riota <Ha1 @Ha]
+  ]
+qed.
+
+(* we need to proceed by structural induction on the term and then
+by inversion on the two redexes. The problem are the moves in a 
+same subterm, since we need an induction hypothesis, there *)
+
+lemma local_confluence: ∀O,D,M,M1,M2. red O D M M1 → red O D M M2 → 
+∃M3. star ? (red O D) M1 M3 ∧ star ? (red O D) M2 M3. 
+#O #D #M @(T_elim … M)
+  [#o #a #M1 #M2 #H elim(red_val ????? H)
+  |#n #M1 #M2 #H elim(red_rel ???? H)
+  |(* app : this is the interesting case *)
+   #P #Q #HindP #HindQ
+   #M1 #M2 #H1 inversion H1 -H1
+    [(* right redex is beta *)
+     #ty #Q #N #HM >HM -HM #HM1 >HM1 - HM1 #Hl inversion Hl
+      [#P1 #M1 #N1 #H1 destruct (H1) #H_ %{(subst O D M1 0 N1)} (* CR-term *) /2/
+      |#ty #v #a #M0 #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#M0 #M10 #N0 #redM0 #_ #H1 destruct (H1) #_ inversion redM0
+        [#P0 #M0 #N #H destruct
+        |#ty #v #a #M0 #_ #H1 destruct (H1)
+        |#M0 #M1 #N #_ #_ #H1 destruct (H1)
+        |#M0 #M1 #N #_ #_ #H1 destruct (H1)
+        |#ty1 #M0 #H1 destruct (H1) #HM1 @critical
+        |#ty #N #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1)
+        ]
+      |#M0 #N0 #N1 #redN0N1 #_ #H1 destruct (H1) #HM2
+       %{(subst O D Q 0 N1)} (* CR-term *) 
+       %[@red_star_subst @R_to_star //|@R_to_star @rbeta]
+      |#ty1 #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      ]
+    |(* right redex is iota *)#ty #v #a #M3 #Ha #_ #_ #Hl inversion Hl
+      [#P1 #M1 #N1 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #v1 #a1 #M4 #Ha1 #H1 destruct (H1) -H1 #HM4 >(inj_to_T … e0) in Ha;
+       >Ha1 #H1 destruct (H1) %{M3} (* CR-term *) /2/
+      |#M0 #M10 #N0 #redM0 #_ #H1 destruct (H1) #HM2 @(critical2 … redM0 Hl Ha)
+      |#M0 #N0 #N1 #redN0N1 #_ #H1 destruct (H1) elim (normal_to_T … redN0N1)
+      |#ty1 #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      ]
+    |(* right redex is appl *)#M3 #M4 #N #redM3M4 #_ #H1 destruct (H1) #_ 
+      #Hl inversion Hl
+      [#ty1 #M1 #N1 #H1 destruct (H1) #HM2 lapply (red_lambda … redM3M4)
+       #H >H -H lapply (critical O D ty1 M1 N1) * #M3 * #H1 #H2 
+       %{M3} /2/
+      |#ty1 #v1 #a1 #M4 #Ha1 #H1 #H2 destruct 
+       lapply (critical2 … redM3M4 Hl Ha1) * #M3 * #H1 #H2 %{M3} /2/
+      |#M0 #M10 #N0 #redM0 #_ #H1 destruct (H1) #HM2 
+       lapply (HindP … redM0 redM3M4) * #M3 * #H1 #H2 
+       %{(App O D M3 N0)} (* CR-term *) % [@star_red_appl //|@star_red_appl //]
+      |#M0 #N0 #N1 #redN0N1 #_ #H1 destruct (H1) #_
+       %{(App O D M4 N1)} % @R_to_star [@rappr //|@rappl //]
+      |#ty1 #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      ]
+    |(* right redex is appr *)#M3 #N #N1 #redN #_ #H1 destruct (H1) #_ 
+      #Hl inversion Hl
+      [#ty1 #M0 #N0 #H1 destruct (H1) #HM2 
+       %{(subst O D M0 0 N1)} (* CR-term *) % 
+        [@R_to_star @rbeta | @red_star_subst @R_to_star //]
+      |#ty1 #v1 #a1 #M4 #Ha1 #H1 #H2 destruct (H1) elim (normal_to_T … redN)
+      |#M0 #M10 #N0 #redM0 #_ #H1 destruct (H1) #HM2 
+       %{(App O D M10 N1)} (* CR-term *) % @R_to_star [@rappl //|@rappr //]
+      |#M0 #N0 #N10 #redN0 #_ #H1 destruct (H1) #_
+       lapply (HindQ … redN0 redN) * #M3 * #H1 #H2 
+       %{(App O D M0 M3)} (* CR-term *) % [@star_red_appr //|@star_red_appr //]
+      |#ty1 #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      ]
+    |(* right redex is rmem *) #ty #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+    |(* right redex is vec *) #ty #N #N1 #v #v1 #_ #_ 
+     #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+    ]
+  |#ty #M1 #Hind #M2 #M3 #H1 #H2  
+   lapply (red_lambda … H1) #HM2 lapply (red_lambda … H2) #HM3
+   %{M2} (* CR-term *) % //
+  |#ty #v1 #Hind #M1 #M2 #H1 #H2
+   lapply (red_vec … H1) * #N11 * #N12 * #v11 * #v12 * * #redN11 #Hv1 #HM1
+   lapply (red_vec … H2) * #N21* #N22 * #v21 * #v22 * * #redN21 #Hv2 #HM2
+   >Hv1 in Hv2; #Hvv lapply (compare_append … Hvv) -Hvv * 
+   (* we must proceed by cases on the list *) * normalize
+    [(* N11 = N21 *) *
+      [>append_nil * #Hl1 #Hl2 destruct lapply(Hind N11 … redN11 redN21)
+        [@mem_append_l2 %1 //]
+       * #M3 * #HM31 #HM32
+       %{(Vec O D ty (v21@M3::v12))} (* CR-term *) 
+       % [@star_red_vec //|@star_red_vec //]
+      |>append_nil * #Hl1 #Hl2 destruct lapply(Hind N21 … redN21 redN11)
+        [@mem_append_l2 %1 //]
+       * #M3 * #HM31 #HM32
+       %{(Vec O D ty (v11@M3::v22))} (* CR-term *) 
+       % [@star_red_vec //|@star_red_vec //]
+      ]
+    |(* N11 ≠  N21 *) -Hind #P #l *
+      [* #Hv11 #Hv22 destruct
+       %{((Vec O D ty ((v21@N22::l)@N12::v12)))} (* CR-term *) % @R_to_star 
+        [>associative_append >associative_append normalize @rvec //
+        |>append_cons <associative_append <append_cons in ⊢ (???%?); @rvec //
+        ]
+      |* #Hv11 #Hv22 destruct
+       %{((Vec O D ty ((v11@N12::l)@N22::v22)))} (* CR-term *) % @R_to_star 
+        [>append_cons <associative_append <append_cons in ⊢ (???%?); @rvec //
+        |>associative_append >associative_append normalize @rvec //
+        ]
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.    
+      
+
+
+
diff --git a/matita/matita/lib/finite_lambda/finite_lambda_deep.ma b/matita/matita/lib/finite_lambda/finite_lambda_deep.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..e261377
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,562 @@
+(*
+    ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic        
+    ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science     
+    ||T||  Department of the University of Bologna, Italy.                     
+    ||I||                                                                 
+    ||T||  
+    ||A||  This file is distributed under the terms of the 
+    \   /  GNU General Public License Version 2        
+     \ /      
+      V_______________________________________________________________ *)
+
+include "basics/finset.ma".
+include "basics/star.ma".
+
+
+inductive FType (O:Type[0]): Type[0] ≝
+  | atom : O → FType O 
+  | arrow : FType O → FType O → FType O. 
+
+inductive T (O:Type[0]) (D:O → FinSet): Type[0] ≝
+  | Val: ∀o:O.carr (D o) → T O D        (* a value in a finset *)
+  | Rel: nat → T O D                    (* DB index, base is 0 *)
+  | App: T O D → T O D → T O D          (* function, argument *)
+  | Lambda: FType O → T O D → T O D     (* type, body *)
+  | Vec: FType O → list (T O D) → T O D (* type, body *)
+.
+
+let rec FinSet_of_FType O (D:O→FinSet) (ty:FType O) on ty : FinSet ≝
+  match ty with
+  [atom o ⇒ D o
+  |arrow ty1 ty2 ⇒ FinFun (FinSet_of_FType O D ty1) (FinSet_of_FType O D ty2)
+  ].
+
+(* size *)
+
+let rec size O D (M:T O D) on M ≝
+match M with
+  [Val o a ⇒ 1
+  |Rel n ⇒ 1
+  |App P Q ⇒ size O D P + size O D Q + 1
+  |Lambda Ty P ⇒ size O D P + 1
+  |Vec Ty v ⇒ foldr ?? (λx,a. size O D x + a) 0 v +1
+  ]
+.
+
+(* axiom pos_size: ∀M. 1 ≤ size M. *)
+
+theorem Telim_size: ∀O,D.∀P: T O D → Prop. 
+ (∀M. (∀N. size O D N < size O D M → P N) → P M) → ∀M. P M.
+#O #D #P #H #M (cut (∀p,N. size O D N = p → P N))
+  [2: /2/]
+#p @(nat_elim1 p) #m #H1 #N #sizeN @H #N0 #Hlt @(H1 (size O D N0)) //
+qed.
+
+lemma T_elim: 
+  ∀O: Type[0].∀D:O→FinSet.∀P:T O D→Prop.
+  (∀o:O.∀x:D o.P (Val O D o x)) →
+  (∀n:ℕ.P(Rel O D n)) →
+  (∀m,n:T O D.P m→P n→P (App O D m n)) →
+  (∀Ty:FType O.∀m:T O D.P m→P(Lambda O D Ty m)) →
+  (∀Ty:FType O.∀v:list (T O D).
+     (∀x:T O D. mem ? x v → P x) → P(Vec O D Ty v)) →
+  ∀x:T O D.P x.
+#O #D #P #Hval #Hrel #Happ #Hlam #Hvec @Telim_size #x cases x //
+  [ (* app *) #m #n #Hind @Happ @Hind // /2 by le_minus_to_plus/
+  | (* lam *) #ty #m #Hind @Hlam @Hind normalize // 
+  | (* vec *) #ty #v #Hind @Hvec #x lapply Hind elim v
+    [#Hind normalize *
+    |#hd #tl #Hind1 #Hind2 * 
+      [#Hx >Hx @Hind2 normalize //
+      |@Hind1 #N #H @Hind2 @(lt_to_le_to_lt … H) normalize //
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.
+       
+        
+(* arguments: k is the nesting depth (starts from 0), p is the lift *)
+let rec lift O D t k p on t ≝ 
+  match t with 
+    [ Val o a ⇒ Val O D o a
+    | Rel n ⇒ if (leb k n) then Rel O D (n+p) else Rel O D n
+    | App m n ⇒ App O D (lift O D m k p) (lift O D n k p)
+    | Lambda Ty n ⇒ Lambda O D Ty (lift O D n (S k) p)
+    | Vec Ty v ⇒ Vec O D Ty (map ?? (λx. lift O D x k p) v) 
+    ].
+
+notation "↑ ^ n ( M )" non associative with precedence 40 for @{'Lift 0 $n $M}.
+notation "↑ _ k ^ n ( M )" non associative with precedence 40 for @{'Lift $n $k $M}.
+
+interpretation "Lift" 'Lift n k M = (lift ?? M k n). 
+
+let rec subst O D t k s on t ≝ 
+  match t with 
+    [ Val o a ⇒ Val O D o a 
+    | Rel n ⇒ if (leb k n) then
+        (if (eqb k n) then lift O D s 0 n else Rel O D (n-1)) 
+        else(Rel O D n)
+    | App m n ⇒ App O D (subst O D m k s) (subst O D n k s)
+    | Lambda T n ⇒ Lambda O D T (subst O D n (S k) s)
+    | Vec T v ⇒ Vec O D T (map ?? (λx. subst O D x k s) v) 
+    ].
+    
+(* notation "hvbox(M break [ k ≝ N ])" 
+   non associative with precedence 90
+   for @{'Subst1 $M $k $N}. *)
+interpretation "Subst" 'Subst1 M k N = (subst M k N). 
+
+(* closed terms ????
+let rec closed_k O D (t: T O D) k on t ≝ 
+  match t with 
+    [ Val o a ⇒ True
+    | Rel n ⇒ n < k 
+    | App m n ⇒ (closed_k O D m k) ∧ (closed_k O D n k)
+    | Lambda T n ⇒ closed_k O D n (k+1)
+    | Vec T v ⇒ closed_list O D v k
+    ]
+    
+and closed_list O D (l: list (T O D)) k on l ≝
+  match l with
+    [ nil ⇒ True
+    | cons hd tl ⇒ closed_k O D hd k ∧ closed_list O D tl k
+    ]
+. *)
+
+inductive is_closed (O:Type[0]) (D:O→FinSet): nat → T O D → Prop ≝
+| cval : ∀k,o,a.is_closed O D k (Val O D o a)
+| cval : ∀k,n. n < k → is_closed O D k (Rel O D n)
+| capp : ∀k,n,m. is_closed O D k m → is_closed O D k n → 
+           is_closed O D k (App O D m n)
+| clam : ∀T,k,m. is_closed O D (k+1) m → is_closed O D k (Lambda O D T m)
+| cvec:  ∀T,k,v. (∀m. mem ? m v → is_closed O D k m) → 
+           is_closed O D k (Vec O D T v).
+           
+lemma is_closed_rel: ∀O,D,n,k.
+  is_closed O D k (Rel O D n) → n < k.
+#O #D #n #k #H inversion H 
+  [#k0 #o #a #eqk #H destruct
+  |#k0 #n0 #ltn0 #eqk #H destruct //
+  |#k0 #M #N #_ #_ #_ #H destruct
+  |#T #k0 #M #_ #_ #H destruct
+  |#T #k0 #v #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed.
+                                   
+
+(*** properties of lift and subst ***)
+
+lemma lift_0: ∀O,D.∀t:T O D.∀k. lift O D t k 0 = t.
+#O #D #t @(T_elim … t) normalize // 
+  [#n #k cases (leb k n) normalize // 
+  |#o #v #Hind #k @eq_f lapply Hind -Hind elim v // 
+   #hd #tl #Hind #Hind1 normalize @eq_f2 
+    [@Hind1 %1 //|@Hind #x #Hx @Hind1 %2 //]
+  ]
+qed.
+
+axiom lift_closed: ∀O,D.∀t:T O D.∀k,p. 
+  is_closed O D 0 t → lift O D t k p = t.
+(*
+#O #D #t @(T_elim … t) normalize // 
+  [#n #k normalize // 
+  |#o #v #Hind #k @eq_f lapply Hind -Hind elim v // 
+   #hd #tl #Hind #Hind1 normalize @eq_f2 
+    [@Hind1 %1 //|@Hind #x #Hx @Hind1 %2 //]
+  ]
+qed. *)
+
+let rec to_T O D ty on ty: FinSet_of_FType O D ty → T O D ≝ 
+  match ty return (λty.FinSet_of_FType O D ty → T O D) with 
+  [atom o ⇒ λa.Val O D o a
+  |arrow ty1 ty2 ⇒ λa:FinFun ??.Vec O D ty1  
+    (map ((FinSet_of_FType O D ty1)×(FinSet_of_FType O D ty2)) 
+     (T O D) (λp.to_T O D ty2 (snd … p)) (pi1 … a))
+  ]
+.
+
+axiom inj_to_T: ∀O,D,ty,a1,a2. to_T O D ty a1 = to_T O D ty a2 → a1 = a2.
+
+let rec assoc (A:FinSet) (B:Type[0]) (a:A) l1 l2 on l1 : option B ≝
+  match l1 with
+  [ nil ⇒  None ?
+  | cons hd1 tl1 ⇒ match l2 with
+    [ nil ⇒ None ?
+    | cons hd2 tl2 ⇒ if a==hd1 then Some ? hd2 else assoc A B a tl1 tl2
+    ]
+  ]. 
+  
+lemma same_assoc: ∀A,B,a,l1,v1,v2,N,N1.
+  assoc A B a l1 (v1@N::v2) = Some ? N ∧ assoc A B a l1 (v1@N1::v2) = Some ? N1 
+   ∨ assoc A B a l1 (v1@N::v2) = assoc A B a l1 (v1@N1::v2).
+#A #B #a #l1 #v1 #v2 #N #N1 lapply v1 -v1 elim l1 
+  [#v1 %2 // |#hd #tl #Hind * normalize cases (a==hd) normalize /3/]
+qed.
+
+lemma assoc_to_mem: ∀A,B,a,l1,l2,b. 
+  assoc A B a l1 l2 = Some ? b → mem ? b l2.
+#A #B #a #l1 elim l1
+  [#l2 #b normalize #H destruct
+  |#hd1 #tl1 #Hind * 
+    [#b normalize #H destruct
+    |#hd2 #tl2 #b normalize cases (a==hd1) normalize
+      [#H %1 destruct //|#H %2 @Hind @H]
+    ]
+  ]
+qed.
+
+inductive red (O:Type[0]) (D:O→FinSet) : T O D  →T O D → Prop ≝
+  | (* we only allow beta on closed arguments *)
+    rbeta: ∀P,M,N. is_closed O D 0 N →
+      red O D (App O D (Lambda O D P M) N) (subst O D M 0 N)
+  | riota: ∀ty,v,a,M. 
+      assoc (FinSet_of_FType O D ty) ? a (enum (FinSet_of_FType O D ty)) v = Some ? M →
+      red O D (App O D (Vec O D ty v) (to_T O D ty a)) M
+  | rappl: ∀M,M1,N. red O D M M1 → red O D (App O D M N) (App O D M1 N)
+  | rappr: ∀M,N,N1. red O D N N1 → red O D (App O D M N) (App O D M N1)
+  | rlam: ∀ty,N,N1. red O D N N1 → red O D (Lambda O D ty N) (Lambda O D ty N1) 
+  | rmem: ∀ty,M. red O D (Lambda O D ty M)
+      (Vec O D ty (map ?? (λa. subst O D M 0 (to_T O D ty a)) 
+      (enum (FinSet_of_FType O D ty)))) 
+  | rvec: ∀ty,N,N1,v,v1. red O D N N1 → 
+      red O D (Vec O D ty (v@N::v1)) (Vec O D ty (v@N1::v1)).
+(* some inversion cases *)
+lemma red_vec: ∀O,D,ty,v,M.
+  red O D (Vec O D ty v) M → ∃N,N1,v1,v2.
+      red O D N N1 ∧ v = v1@N::v2 ∧ M = Vec O D ty (v1@N1::v2).
+#O #D #ty #v #M #Hred inversion Hred
+  [#ty1 #M0 #N #Hc #H destruct
+  |#ty1 #v1 #a #M0 #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #M #M1 #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #M0 #H destruct
+  |#ty1 #N #N1 #v1 #v2 #Hred1 #_ #H destruct #_ %{N} %{N1} %{v1} %{v2} /3/
+  ]
+qed.
+      
+lemma red_lambda: ∀O,D,ty,M,N.
+  red O D (Lambda O D ty M) N → 
+      (∃M1. red O D M M1 ∧ N = (Lambda O D ty M1)) ∨
+      N = Vec O D ty (map ?? (λa. subst O D M 0 (to_T O D ty a)) 
+      (enum (FinSet_of_FType O D ty))).
+#O #D #ty #M #N #Hred inversion Hred
+  [#ty1 #M0 #N #Hc #H destruct
+  |#ty1 #v1 #a #M0 #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #P #P1 #redP #_ #H #H1 destruct %1 %{P1} % //
+  |#ty1 #M0 #H destruct #_ %2 //
+  |#ty1 #N #N1 #v1 #v2 #Hred1 #_ #H destruct
+  ]
+qed. 
+
+lemma red_val: ∀O,D,ty,a,N.
+  red O D (Val O D ty a) N → False.
+#O #D #ty #M #N #Hred inversion Hred
+  [#ty1 #M0 #N #Hc #H destruct
+  |#ty1 #v1 #a #M0 #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #N1 #N2 #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #M0 #H destruct #_ 
+  |#ty1 #N #N1 #v1 #v2 #Hred1 #_ #H destruct
+  ]
+qed. 
+
+lemma red_rel: ∀O,D,n,N.
+  red O D (Rel O D n) N → False.
+#O #D #n #N #Hred inversion Hred
+  [#ty1 #M0 #N #Hc #H destruct
+  |#ty1 #v1 #a #M0 #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #N1 #N2 #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #M0 #H destruct #_ 
+  |#ty1 #N #N1 #v1 #v2 #Hred1 #_ #H destruct
+  ]
+qed. 
+lemma star_red_appl: ∀O,D,M,M1,N. star ? (red O D) M M1 → 
+  star ? (red O D) (App O D M N) (App O D M1 N).
+#O #D #M #N #N1 #H elim H // 
+#P #Q #Hind #HPQ #Happ %1[|@Happ] @rappl @HPQ
+qed.
+
+lemma star_red_appr: ∀O,D,M,N,N1. star ? (red O D) N N1 → 
+  star ? (red O D) (App O D M N) (App O D M N1).
+#O #D #M #N #N1 #H elim H // 
+#P #Q #Hind #HPQ #Happ %1[|@Happ] @rappr @HPQ
+qed.
+
+lemma star_red_vec: ∀O,D,ty,N,N1,v1,v2. star ? (red O D) N N1 → 
+  star ? (red O D) (Vec O D ty (v1@N::v2)) (Vec O D ty (v1@N1::v2)).
+#O #D #ty #N #N1 #v1 #v2 #H elim H // 
+#P #Q #Hind #HPQ #Hvec %1[|@Hvec] @rvec @HPQ
+qed.
+
+lemma star_red_vec1: ∀O,D,ty,v1,v2,v. |v1| = |v2| →
+  (∀n,M. star ? (red O D) (nth n ? v1 M) (nth n ? v2 M)) → 
+  star ? (red O D) (Vec O D ty (v@v1)) (Vec O D ty (v@v2)).
+#O #D #ty #v1 elim v1 
+  [#v2 #v normalize #Hv2 >(lenght_to_nil … (sym_eq … Hv2)) normalize //
+  |#N1 #tl1 #Hind * [normalize #v #H destruct] #N2 #tl2 #v normalize #HS
+   #H @(trans_star … (Vec O D ty (v@N2::tl1)))
+    [@star_red_vec @(H 0 N1)
+    |>append_cons >(append_cons ??? tl2) @(Hind… (injective_S … HS))
+     #n #M @(H (S n))
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma star_red_vec2: ∀O,D,ty,v1,v2. |v1| = |v2| →
+  (∀n,M. star ? (red O D) (nth n ? v1 M) (nth n ? v2 M)) → 
+  star ? (red O D) (Vec O D ty v1) (Vec O D ty v2).
+#O #D #ty #v1 #v2 @(star_red_vec1 … [ ])
+qed.
+
+lemma star_red_lambda: ∀O,D,ty,N,N1. star ? (red O D) N N1 → 
+  star ? (red O D) (Lambda O D ty N) (Lambda O D ty N1).
+#O #D #ty #N #N1 #H elim H // 
+#P #Q #Hind #HPQ #Hlam %1[|@Hlam] @rlam @HPQ
+qed.
+
+axiom red_subst : ∀O,D,M,N,N1,i. 
+  red O D N N1 → red O D (subst O D M i N) (subst O D M i N1).
+  
+axiom red_star_subst : ∀O,D,M,N,N1,i. 
+  star ? (red O D) N N1 → star ? (red O D) (subst O D M i N) (subst O D M i N1).
+  
+axiom red_star_subst2 : ∀O,D,M,M1,N,i. 
+  star ? (red O D) M M1 → star ? (red O D) (subst O D M i N) (subst O D M1 i N).
+
+axiom canonical_to_T: ∀O,D.∀M:T O D.∀ty.(* type_of M ty → *)
+  ∃a:FinSet_of_FType O D ty. star ? (red O D) M (to_T O D ty a).
+   
+axiom normal_to_T: ∀O,D,M,ty,a. red O D (to_T O D ty a) M → False.
+
+axiom red_closed: ∀O,D,M,M1. 
+  is_closed O D 0 M → red O D M M1 → is_closed O D 0 M1.
+
+lemma critical: ∀O,D,ty,M,N. 
+  ∃M3:T O D
+  .star (T O D) (red O D) (subst O D M 0 N) M3
+   ∧star (T O D) (red O D)
+    (App O D
+     (Vec O D ty
+      (map (FinSet_of_FType O D ty) (T O D)
+       (λa0:FinSet_of_FType O D ty.subst O D M 0 (to_T O D ty a0))
+       (enum (FinSet_of_FType O D ty)))) N) M3.
+#O #D #ty #M #N
+lapply (canonical_to_T O D N ty) * #a #Ha
+%{(subst O D M 0 (to_T O D ty a))} (* CR-term *)
+%[@red_star_subst @Ha
+ |@trans_star [|@(star_red_appr … Ha)] @R_to_star @riota
+  lapply (enum_complete (FinSet_of_FType O D ty) a)
+  elim (enum (FinSet_of_FType O D ty))
+   [normalize #H1 destruct (H1)
+   |#hd #tl #Hind #H cases (orb_true_l … H) -H #Hcase
+     [normalize >Hcase >(\P Hcase) //
+     |normalize cases (true_or_false (a==hd)) #Hcase1
+       [normalize >Hcase1 >(\P Hcase1) // |>Hcase1 @Hind @Hcase]
+     ]
+   ]
+ ]
+qed.
+
+lemma critical2: ∀O,D,ty,a,M,M1,M2,v.
+  red O D (Vec O D ty v) M →
+  red O D (App O D (Vec O D ty v) (to_T O D ty a)) M1 →
+  assoc (FinSet_of_FType O D ty) (T O D) a (enum (FinSet_of_FType O D ty)) v
+    =Some (T O D) M2 →
+  ∃M3:T O D
+  .star (T O D) (red O D) M2 M3
+   ∧star (T O D) (red O D) (App O D M (to_T O D ty a)) M3.
+#O #D #ty #a #M #M1 #M2 #v #redM #redM1 #Ha lapply (red_vec … redM) -redM
+* #N * #N1 * #v1 * #v2 * * #Hred1 #Hv #HM0 >HM0 -HM0 >Hv in Ha; #Ha
+cases (same_assoc … a (enum (FinSet_of_FType O D ty)) v1 v2 N N1)
+  [* >Ha -Ha #H1 destruct (H1) #Ha
+   %{N1} (* CR-term *) % [@R_to_star //|@R_to_star @(riota … Ha)]
+  |#Ha1 %{M2} (* CR-term *) % [// | @R_to_star @riota <Ha1 @Ha]
+  ]
+qed.
+
+lemma nth_to_default: ∀A,l,n,d. 
+  |l| ≤ n → nth n A l d = d.
+#A #l elim l [//] #a #tl #Hind #n cases n
+  [#d normalize #H @False_ind @(absurd … H) @lt_to_not_le //
+  |#m #d normalize #H @Hind @le_S_S_to_le @H
+  ]
+qed.
+
+lemma nth_map: ∀A,B,l,f,n,d1,d2. 
+  n < |l| → nth n B (map … f l) d1 = f (nth n A l d2).
+#n #B #l #f elim l 
+  [#m #d1 #d2 normalize #H @False_ind @(absurd … H) @lt_to_not_le //
+  |#a #tl #Hind #m #d1 #d2 cases m normalize // 
+   #m1 #H @Hind @le_S_S_to_le @H
+  ]
+qed.
+
+lemma critical3: ∀O,D,ty,M1,M2. red O D M1 M2 → 
+  ∃M3:T O D.star (T O D) (red O D) (Lambda O D ty M2) M3
+   ∧star (T O D) (red O D)
+    (Vec O D ty
+     (map (FinSet_of_FType O D ty) (T O D)
+      (λa:FinSet_of_FType O D ty.subst O D M1 0 (to_T O D ty a))
+      (enum (FinSet_of_FType O D ty)))) M3.
+#O #D #ty #M1 #M2 #Hred
+ %{(Vec O D ty
+    (map (FinSet_of_FType O D ty) (T O D)
+    (λa:FinSet_of_FType O D ty.subst O D M2 0 (to_T O D ty a))
+    (enum (FinSet_of_FType O D ty))))} (* CR-term *) %
+  [@R_to_star @rmem
+  |@star_red_vec2 [>length_map >length_map //] #n #M0
+   cases (true_or_false (leb (|enum (FinSet_of_FType O D ty)|) n)) #Hcase
+    [>nth_to_default [2:>length_map @(leb_true_to_le … Hcase)]
+     >nth_to_default [2:>length_map @(leb_true_to_le … Hcase)] //
+    |cut (n < |enum (FinSet_of_FType O D ty)|) 
+      [@not_le_to_lt @leb_false_to_not_le @Hcase] #Hlt
+     cut (∃a:FinSet_of_FType O D ty.True)
+      [lapply Hlt lapply (enum_complete (FinSet_of_FType O D ty))
+       cases (enum (FinSet_of_FType O D ty)) 
+        [#_ normalize #H @False_ind @(absurd … H) @lt_to_not_le //
+        |#a #l #_ #_ %{a} //
+        ]
+      ] * #a #_
+     >(nth_map ?????? a Hlt) >(nth_map ?????? a Hlt) 
+     @red_star_subst2 @R_to_star //
+    ]
+  ]
+qed.
+
+(* we need to proceed by structural induction on the term and then
+by inversion on the two redexes. The problem are the moves in a 
+same subterm, since we need an induction hypothesis, there *)
+
+lemma local_confluence: ∀O,D,M,M1,M2. red O D M M1 → red O D M M2 → 
+∃M3. star ? (red O D) M1 M3 ∧ star ? (red O D) M2 M3. 
+#O #D #M @(T_elim … M)
+  [#o #a #M1 #M2 #H elim(red_val ????? H)
+  |#n #M1 #M2 #H elim(red_rel ???? H)
+  |(* app : this is the interesting case *)
+   #P #Q #HindP #HindQ
+   #M1 #M2 #H1 inversion H1 -H1
+    [(* right redex is beta *)
+     #ty #Q #N #Hc #HM >HM -HM #HM1 >HM1 - HM1 #Hl inversion Hl
+      [#ty1 #Q1 #N1 #Hc1 #H1 destruct (H1) #H_ 
+       %{(subst O D Q1 0 N1)} (* CR-term *) /2/
+      |#ty #v #a #M0 #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#M0 #M10 #N0 #redM0 #_ #H1 destruct (H1) #_ cases (red_lambda … redM0)
+        [* #Q1 * #redQ #HM10 >HM10 
+         %{(subst O D Q1 0 N0)} (* CR-term *) %
+          [@red_star_subst2 @R_to_star //|@R_to_star @rbeta @Hc]
+        |#HM1 >HM1 @critical
+        ]
+      |#M0 #N0 #N1 #redN0N1 #_ #H1 destruct (H1) #HM2
+       %{(subst O D Q 0 N1)} (* CR-term *) 
+       %[@red_star_subst @R_to_star //|@R_to_star @rbeta @(red_closed … Hc) //]
+      |#ty1 #N0 #N1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      ] 
+    |(* right redex is iota *)#ty #v #a #M3 #Ha #_ #_ #Hl inversion Hl
+      [#P1 #M1 #N1 #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #v1 #a1 #M4 #Ha1 #H1 destruct (H1) -H1 #HM4 >(inj_to_T … e0) in Ha;
+       >Ha1 #H1 destruct (H1) %{M3} (* CR-term *) /2/
+      |#M0 #M10 #N0 #redM0 #_ #H1 destruct (H1) #HM2 @(critical2 … redM0 Hl Ha)
+      |#M0 #N0 #N1 #redN0N1 #_ #H1 destruct (H1) elim (normal_to_T … redN0N1)
+      |#ty1 #N0 #N1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      ]
+    |(* right redex is appl *)#M3 #M4 #N #redM3M4 #_ #H1 destruct (H1) #_ 
+      #Hl inversion Hl
+      [#ty1 #M1 #N1 #Hc #H1 destruct (H1) #HM2 lapply (red_lambda … redM3M4) *
+        [* #M3 * #H1 #H2 >H2 %{(subst O D M3 0 N1)} %
+          [@R_to_star @rbeta @Hc|@red_star_subst2 @R_to_star @H1]
+        |#H >H -H lapply (critical O D ty1 M1 N1) * #M3 * #H1 #H2 
+         %{M3} /2/
+        ]
+      |#ty1 #v1 #a1 #M4 #Ha1 #H1 #H2 destruct 
+       lapply (critical2 … redM3M4 Hl Ha1) * #M3 * #H1 #H2 %{M3} /2/
+      |#M0 #M10 #N0 #redM0 #_ #H1 destruct (H1) #HM2 
+       lapply (HindP … redM0 redM3M4) * #M3 * #H1 #H2 
+       %{(App O D M3 N0)} (* CR-term *) % [@star_red_appl //|@star_red_appl //]
+      |#M0 #N0 #N1 #redN0N1 #_ #H1 destruct (H1) #_
+       %{(App O D M4 N1)} % @R_to_star [@rappr //|@rappl //]
+      |#ty1 #N0 #N1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      ]
+    |(* right redex is appr *)#M3 #N #N1 #redN #_ #H1 destruct (H1) #_ 
+      #Hl inversion Hl
+      [#ty1 #M0 #N0 #Hc #H1 destruct (H1) #HM2 
+       %{(subst O D M0 0 N1)} (* CR-term *) % 
+        [@R_to_star @rbeta @(red_closed … Hc) //|@red_star_subst @R_to_star // ]
+      |#ty1 #v1 #a1 #M4 #Ha1 #H1 #H2 destruct (H1) elim (normal_to_T … redN)
+      |#M0 #M10 #N0 #redM0 #_ #H1 destruct (H1) #HM2 
+       %{(App O D M10 N1)} (* CR-term *) % @R_to_star [@rappl //|@rappr //]
+      |#M0 #N0 #N10 #redN0 #_ #H1 destruct (H1) #_
+       lapply (HindQ … redN0 redN) * #M3 * #H1 #H2 
+       %{(App O D M0 M3)} (* CR-term *) % [@star_red_appr //|@star_red_appr //]
+      |#ty1 #N0 #N1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      |#ty1 #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+      ]
+    |(* right redex is rlam *) #ty #N0 #N1 #_ #_ #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+    |(* right redex is rmem *) #ty #M0 #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+    |(* right redex is vec *) #ty #N #N1 #v #v1 #_ #_ 
+     #H1 destruct (H1) (* vacuous *)
+    ]
+  |#ty #M1 #Hind #M2 #M3 #H1 #H2 (* this case is not trivial any more *)
+   lapply (red_lambda … H1) *
+    [* #M4 * #H3 #H4 >H4 lapply (red_lambda … H2) *
+      [* #M5 * #H5 #H6 >H6 lapply(Hind … H3 H5) * #M6 * #H7 #H8 
+       %{(Lambda O D ty M6)} (* CR-term *) % @star_red_lambda //
+      |#H5 >H5 @critical3 // 
+      ]
+    |#HM2 >HM2 lapply (red_lambda … H2) *
+      [* #M4 * #Hred #HM3 >HM3 lapply (critical3 … ty ?? Hred) * #M5
+       * #H3 #H4 %{M5} (* CR-term *) % //
+      |#HM3 >HM3 %{M3} (* CR-term *) % // 
+      ]
+    ]
+  |#ty #v1 #Hind #M1 #M2 #H1 #H2
+   lapply (red_vec … H1) * #N11 * #N12 * #v11 * #v12 * * #redN11 #Hv1 #HM1
+   lapply (red_vec … H2) * #N21* #N22 * #v21 * #v22 * * #redN21 #Hv2 #HM2
+   >Hv1 in Hv2; #Hvv lapply (compare_append … Hvv) -Hvv * 
+   (* we must proceed by cases on the list *) * normalize
+    [(* N11 = N21 *) *
+      [>append_nil * #Hl1 #Hl2 destruct lapply(Hind N11 … redN11 redN21)
+        [@mem_append_l2 %1 //]
+       * #M3 * #HM31 #HM32
+       %{(Vec O D ty (v21@M3::v12))} (* CR-term *) 
+       % [@star_red_vec //|@star_red_vec //]
+      |>append_nil * #Hl1 #Hl2 destruct lapply(Hind N21 … redN21 redN11)
+        [@mem_append_l2 %1 //]
+       * #M3 * #HM31 #HM32
+       %{(Vec O D ty (v11@M3::v22))} (* CR-term *) 
+       % [@star_red_vec //|@star_red_vec //]
+      ]
+    |(* N11 ≠  N21 *) -Hind #P #l *
+      [* #Hv11 #Hv22 destruct
+       %{((Vec O D ty ((v21@N22::l)@N12::v12)))} (* CR-term *) % @R_to_star 
+        [>associative_append >associative_append normalize @rvec //
+        |>append_cons <associative_append <append_cons in ⊢ (???%?); @rvec //
+        ]
+      |* #Hv11 #Hv22 destruct
+       %{((Vec O D ty ((v11@N12::l)@N22::v22)))} (* CR-term *) % @R_to_star 
+        [>append_cons <associative_append <append_cons in ⊢ (???%?); @rvec //
+        |>associative_append >associative_append normalize @rvec //
+        ]
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.    
+      
+
+
+
diff --git a/matita/matita/lib/finite_lambda/reduction.ma b/matita/matita/lib/finite_lambda/reduction.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..98c56e1
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,308 @@
+(*
+    ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic        
+    ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science     
+    ||T||  Department of the University of Bologna, Italy.                     
+    ||I||                                                                 
+    ||T||  
+    ||A||  This file is distributed under the terms of the 
+    \   /  GNU General Public License Version 2        
+     \ /      
+      V_______________________________________________________________ *)
+
+include "finite_lambda/terms_and_types.ma".
+
+(* some auxiliary lemmas *)
+
+lemma nth_to_default: ∀A,l,n,d. 
+  |l| ≤ n → nth n A l d = d.
+#A #l elim l [//] #a #tl #Hind #n cases n
+  [#d normalize #H @False_ind @(absurd … H) @lt_to_not_le //
+  |#m #d normalize #H @Hind @le_S_S_to_le @H
+  ]
+qed.
+
+lemma mem_nth: ∀A,l,n,d. 
+  n < |l|  → mem ? (nth n A l d) l.
+#A #l elim l   
+  [#n #d normalize #H @False_ind @(absurd … H) @lt_to_not_le //
+  |#a #tl #Hind * normalize 
+    [#_ #_ %1 //| #m #d #HSS %2 @Hind @le_S_S_to_le @HSS]
+  ]
+qed.
+
+lemma nth_map: ∀A,B,l,f,n,d1,d2. 
+  n < |l| → nth n B (map … f l) d1 = f (nth n A l d2).
+#n #B #l #f elim l 
+  [#m #d1 #d2 normalize #H @False_ind @(absurd … H) @lt_to_not_le //
+  |#a #tl #Hind #m #d1 #d2 cases m normalize // 
+   #m1 #H @Hind @le_S_S_to_le @H
+  ]
+qed.
+
+
+
+(* end of auxiliary lemmas *)
+
+let rec to_T O D ty on ty: FinSet_of_FType O D ty → T O D ≝ 
+  match ty return (λty.FinSet_of_FType O D ty → T O D) with 
+  [atom o ⇒ λa.Val O D o a
+  |arrow ty1 ty2 ⇒ λa:FinFun ??.Vec O D ty1  
+    (map ((FinSet_of_FType O D ty1)×(FinSet_of_FType O D ty2)) 
+     (T O D) (λp.to_T O D ty2 (snd … p)) (pi1 … a))
+  ]
+.
+
+lemma is_closed_to_T: ∀O,D,ty,a. is_closed O D 0 (to_T O D ty a).
+#O #D #ty elim ty //
+#ty1 #ty2 #Hind1 #Hind2 #a normalize @cvec #m #Hmem
+lapply (mem_map ????? Hmem) * #a1 * #H1 #H2 <H2 @Hind2 
+qed.
+
+axiom inj_to_T: ∀O,D,ty,a1,a2. to_T O D ty a1 = to_T O D ty a2 → a1 = a2. 
+(* complicata 
+#O #D #ty elim ty 
+  [#o normalize #a1 #a2 #H destruct //
+  |#ty1 #ty2 #Hind1 #Hind2 * #l1 #Hl1 * #l2 #Hl2 normalize #H destruct -H
+   cut (l1=l2) [2: #H generalize in match Hl1; >H //] -Hl1 -Hl2
+   lapply e0 -e0 lapply l2 -l2 elim l1 
+    [#l2 cases l2 normalize [// |#a1 #tl1 #H destruct]
+    |#a1 #tl1 #Hind #l2 cases l2 
+      [normalize #H destruct
+      |#a2 #tl2 normalize #H @eq_f2
+        [@Hind2 *)
+        
+let rec assoc (A:FinSet) (B:Type[0]) (a:A) l1 l2 on l1 : option B ≝
+  match l1 with
+  [ nil ⇒  None ?
+  | cons hd1 tl1 ⇒ match l2 with
+    [ nil ⇒ None ?
+    | cons hd2 tl2 ⇒ if a==hd1 then Some ? hd2 else assoc A B a tl1 tl2
+    ]
+  ]. 
+  
+lemma same_assoc: ∀A,B,a,l1,v1,v2,N,N1.
+  assoc A B a l1 (v1@N::v2) = Some ? N ∧ assoc A B a l1 (v1@N1::v2) = Some ? N1 
+   ∨ assoc A B a l1 (v1@N::v2) = assoc A B a l1 (v1@N1::v2).
+#A #B #a #l1 #v1 #v2 #N #N1 lapply v1 -v1 elim l1 
+  [#v1 %2 // |#hd #tl #Hind * normalize cases (a==hd) normalize /3/]
+qed.
+
+lemma assoc_to_mem: ∀A,B,a,l1,l2,b. 
+  assoc A B a l1 l2 = Some ? b → mem ? b l2.
+#A #B #a #l1 elim l1
+  [#l2 #b normalize #H destruct
+  |#hd1 #tl1 #Hind * 
+    [#b normalize #H destruct
+    |#hd2 #tl2 #b normalize cases (a==hd1) normalize
+      [#H %1 destruct //|#H %2 @Hind @H]
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma assoc_to_mem2: ∀A,B,a,l1,l2,b. 
+  assoc A B a l1 l2 = Some ? b → ∃l21,l22.l2=l21@b::l22.
+#A #B #a #l1 elim l1
+  [#l2 #b normalize #H destruct
+  |#hd1 #tl1 #Hind * 
+    [#b normalize #H destruct
+    |#hd2 #tl2 #b normalize cases (a==hd1) normalize
+      [#H %{[]} %{tl2} destruct //
+      |#H lapply (Hind … H) * #la * #lb #H1 
+       %{(hd2::la)} %{lb} >H1 //]
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma assoc_map: ∀A,B,C,a,l1,l2,f,b. 
+  assoc A B a l1 l2 = Some ? b → assoc A C a l1 (map ?? f l2) = Some ? (f b).
+#A #B #C #a #l1 elim l1
+  [#l2 #f #b normalize #H destruct
+  |#hd1 #tl1 #Hind * 
+    [#f #b normalize #H destruct
+    |#hd2 #tl2 #f #b normalize cases (a==hd1) normalize
+      [#H destruct // |#H @(Hind … H)]
+    ]
+  ]
+qed.
+
+(*************************** One step reduction *******************************)
+
+inductive red (O:Type[0]) (D:O→FinSet) : T O D  →T O D → Prop ≝
+  | (* we only allow beta on closed arguments *)
+    rbeta: ∀P,M,N. is_closed O D 0 N →
+      red O D (App O D (Lambda O D P M) N) (subst O D M 0 N)
+  | riota: ∀ty,v,a,M. 
+      assoc ?? a (enum (FinSet_of_FType O D ty)) v = Some ? M →
+      red O D (App O D (Vec O D ty v) (to_T O D ty a)) M
+  | rappl: ∀M,M1,N. red O D M M1 → red O D (App O D M N) (App O D M1 N)
+  | rappr: ∀M,N,N1. red O D N N1 → red O D (App O D M N) (App O D M N1)
+  | rlam: ∀ty,N,N1. red O D N N1 → red O D (Lambda O D ty N) (Lambda O D ty N1) 
+  | rmem: ∀ty,M. red O D (Lambda O D ty M)
+      (Vec O D ty (map ?? (λa. subst O D M 0 (to_T O D ty a)) 
+      (enum (FinSet_of_FType O D ty)))) 
+  | rvec: ∀ty,N,N1,v,v1. red O D N N1 → 
+      red O D (Vec O D ty (v@N::v1)) (Vec O D ty (v@N1::v1)).
+(*********************************** inversion ********************************)
+lemma red_vec: ∀O,D,ty,v,M.
+  red O D (Vec O D ty v) M → ∃N,N1,v1,v2.
+      red O D N N1 ∧ v = v1@N::v2 ∧ M = Vec O D ty (v1@N1::v2).
+#O #D #ty #v #M #Hred inversion Hred
+  [#ty1 #M0 #N #Hc #H destruct
+  |#ty1 #v1 #a #M0 #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #M #M1 #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #M0 #H destruct
+  |#ty1 #N #N1 #v1 #v2 #Hred1 #_ #H destruct #_ %{N} %{N1} %{v1} %{v2} /3/
+  ]
+qed.
+      
+lemma red_lambda: ∀O,D,ty,M,N.
+  red O D (Lambda O D ty M) N → 
+      (∃M1. red O D M M1 ∧ N = (Lambda O D ty M1)) ∨
+      N = Vec O D ty (map ?? (λa. subst O D M 0 (to_T O D ty a)) 
+      (enum (FinSet_of_FType O D ty))).
+#O #D #ty #M #N #Hred inversion Hred
+  [#ty1 #M0 #N #Hc #H destruct
+  |#ty1 #v1 #a #M0 #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #P #P1 #redP #_ #H #H1 destruct %1 %{P1} % //
+  |#ty1 #M0 #H destruct #_ %2 //
+  |#ty1 #N #N1 #v1 #v2 #Hred1 #_ #H destruct
+  ]
+qed. 
+
+lemma red_val: ∀O,D,ty,a,N.
+  red O D (Val O D ty a) N → False.
+#O #D #ty #M #N #Hred inversion Hred
+  [#ty1 #M0 #N #Hc #H destruct
+  |#ty1 #v1 #a #M0 #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #N1 #N2 #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #M0 #H destruct #_ 
+  |#ty1 #N #N1 #v1 #v2 #Hred1 #_ #H destruct
+  ]
+qed. 
+
+lemma red_rel: ∀O,D,n,N.
+  red O D (Rel O D n) N → False.
+#O #D #n #N #Hred inversion Hred
+  [#ty1 #M0 #N #Hc #H destruct
+  |#ty1 #v1 #a #M0 #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#M0 #M1 #N #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #N1 #N2 #_ #_ #H destruct
+  |#ty1 #M0 #H destruct #_ 
+  |#ty1 #N #N1 #v1 #v2 #Hred1 #_ #H destruct
+  ]
+qed. 
+(*************************** multi step reduction *****************************)
+lemma star_red_appl: ∀O,D,M,M1,N. star ? (red O D) M M1 → 
+  star ? (red O D) (App O D M N) (App O D M1 N).
+#O #D #M #N #N1 #H elim H // 
+#P #Q #Hind #HPQ #Happ %1[|@Happ] @rappl @HPQ
+qed.
+
+lemma star_red_appr: ∀O,D,M,N,N1. star ? (red O D) N N1 → 
+  star ? (red O D) (App O D M N) (App O D M N1).
+#O #D #M #N #N1 #H elim H // 
+#P #Q #Hind #HPQ #Happ %1[|@Happ] @rappr @HPQ
+qed.
+
+lemma star_red_vec: ∀O,D,ty,N,N1,v1,v2. star ? (red O D) N N1 → 
+  star ? (red O D) (Vec O D ty (v1@N::v2)) (Vec O D ty (v1@N1::v2)).
+#O #D #ty #N #N1 #v1 #v2 #H elim H // 
+#P #Q #Hind #HPQ #Hvec %1[|@Hvec] @rvec @HPQ
+qed.
+
+lemma star_red_vec1: ∀O,D,ty,v1,v2,v. |v1| = |v2| →
+  (∀n,M. n < |v1| → star ? (red O D) (nth n ? v1 M) (nth n ? v2 M)) → 
+  star ? (red O D) (Vec O D ty (v@v1)) (Vec O D ty (v@v2)).
+#O #D #ty #v1 elim v1 
+  [#v2 #v normalize #Hv2 >(lenght_to_nil … (sym_eq … Hv2)) normalize //
+  |#N1 #tl1 #Hind * [normalize #v #H destruct] #N2 #tl2 #v normalize #HS
+   #H @(trans_star … (Vec O D ty (v@N2::tl1)))
+    [@star_red_vec @(H 0 N1) @le_S_S //
+    |>append_cons >(append_cons ??? tl2) @(Hind… (injective_S … HS))
+     #n #M #H1 @(H (S n)) @le_S_S @H1
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma star_red_vec2: ∀O,D,ty,v1,v2. |v1| = |v2| →
+  (∀n,M. n < |v1| → star ? (red O D) (nth n ? v1 M) (nth n ? v2 M)) → 
+  star ? (red O D) (Vec O D ty v1) (Vec O D ty v2).
+#O #D #ty #v1 #v2 @(star_red_vec1 … [ ])
+qed.
+
+lemma star_red_lambda: ∀O,D,ty,N,N1. star ? (red O D) N N1 → 
+  star ? (red O D) (Lambda O D ty N) (Lambda O D ty N1).
+#O #D #ty #N #N1 #H elim H // 
+#P #Q #Hind #HPQ #Hlam %1[|@Hlam] @rlam @HPQ
+qed.
+
+(************************ reduction and substitution **************************)
+  
+lemma red_star_subst : ∀O,D,M,N,N1,i. 
+  star ? (red O D) N N1 → star ? (red O D) (subst O D M i N) (subst O D M i N1).
+#O #D #M #N #N1 #i #Hred lapply i -i @(T_elim … M) normalize
+  [#o #a #i //
+  |#i #n cases (leb n i) normalize // cases (eqb n i) normalize //
+  |#P #Q #HindP #HindQ #n normalize 
+   @(trans_star … (App O D (subst O D P n N1) (subst O D Q n N))) 
+    [@star_red_appl @HindP |@star_red_appr @HindQ]
+  |#ty #P #HindP #i @star_red_lambda @HindP
+  |#ty #v #Hindv #i @star_red_vec2 [>length_map >length_map //]
+   #j #Q inversion v [#_ normalize //] #a #tl #_ #Hv
+   cases (true_or_false (leb (S j) (|a::tl|))) #Hcase
+    [lapply (leb_true_to_le … Hcase) -Hcase #Hcase
+     >(nth_map ?????? a Hcase) >(nth_map ?????? a Hcase) #_ @Hindv >Hv @mem_nth //
+    |>nth_to_default 
+      [2:>length_map @le_S_S_to_le @not_le_to_lt @leb_false_to_not_le //]
+     >nth_to_default 
+      [2:>length_map @le_S_S_to_le @not_le_to_lt @leb_false_to_not_le //] //
+    ]
+  ]
+qed.
+     
+lemma red_star_subst2 : ∀O,D,M,M1,N,i. is_closed O D 0 N → 
+  red O D M M1 → star ? (red O D) (subst O D M i N) (subst O D M1 i N).
+#O #D #M #M1 #N #i #HNc #Hred lapply i -i elim Hred
+  [#ty #P #Q #HQc #i normalize @starl_to_star @sstepl 
+   [|@rbeta >(subst_closed … HQc) //] >(subst_closed … HQc) // 
+    lapply (subst_lemma ?? P ?? i 0 (is_closed_mono … HQc) HNc) // 
+    <plus_n_Sm <plus_n_O #H <H //
+  |#ty #v #a #P #HP #i normalize >(subst_closed … (le_O_n …)) //
+   @R_to_star @riota @assoc_map @HP 
+  |#P #P1 #Q #Hred #Hind #i normalize @star_red_appl @Hind
+  |#P #P1 #Q #Hred #Hind #i normalize @star_red_appr @Hind
+  |#ty #P #P1 #Hred #Hind #i normalize @star_red_lambda @Hind
+  |#ty #P #i normalize @starl_to_star @sstepl [|@rmem] 
+   @star_to_starl @star_red_vec2 [>length_map >length_map >length_map //]
+   #n #Q >length_map #H
+   cut (∃a:(FinSet_of_FType O D ty).True) 
+    [lapply H -H lapply (enum_complete (FinSet_of_FType O D ty))
+     cases (enum (FinSet_of_FType O D ty)) 
+      [#x normalize #H @False_ind @(absurd … H) @lt_to_not_le //
+      |#x #l #_ #_ %{x} //
+      ]
+    ] * #a #_
+   >(nth_map ?????? a H) >(nth_map ?????? Q) [2:>length_map @H] 
+   >(nth_map ?????? a H) 
+   lapply (subst_lemma O D P (to_T O D ty
+    (nth n (FinSet_of_FType O D ty) (enum (FinSet_of_FType O D ty)) a)) 
+   N i 0 (is_closed_mono … (is_closed_to_T …)) HNc) // <plus_n_O #H1 >H1
+   <plus_n_Sm <plus_n_O //
+  |#ty #P #Q #v #v1 #Hred #Hind #n normalize 
+   <map_append <map_append @star_red_vec @Hind
+  ]
+qed.
+   
+
+
+
+
diff --git a/matita/matita/lib/finite_lambda/terms_and_types.ma b/matita/matita/lib/finite_lambda/terms_and_types.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..1ae47c2
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,326 @@
+(*
+    ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic        
+    ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science     
+    ||T||  Department of the University of Bologna, Italy.                     
+    ||I||                                                                 
+    ||T||  
+    ||A||  This file is distributed under the terms of the 
+    \   /  GNU General Public License Version 2        
+     \ /      
+      V_______________________________________________________________ *)
+
+include "basics/finset.ma".
+include "basics/star.ma".
+
+
+inductive FType (O:Type[0]): Type[0] ≝
+  | atom : O → FType O 
+  | arrow : FType O → FType O → FType O. 
+
+inductive T (O:Type[0]) (D:O → FinSet): Type[0] ≝
+  | Val: ∀o:O.carr (D o) → T O D        (* a value in a finset *)
+  | Rel: nat → T O D                    (* DB index, base is 0 *)
+  | App: T O D → T O D → T O D          (* function, argument *)
+  | Lambda: FType O → T O D → T O D     (* type, body *)
+  | Vec: FType O → list (T O D) → T O D (* type, body *)
+.
+
+let rec FinSet_of_FType O (D:O→FinSet) (ty:FType O) on ty : FinSet ≝
+  match ty with
+  [atom o ⇒ D o
+  |arrow ty1 ty2 ⇒ FinFun (FinSet_of_FType O D ty1) (FinSet_of_FType O D ty2)
+  ].
+
+(* size *)
+
+let rec size O D (M:T O D) on M ≝
+match M with
+  [Val o a ⇒ 1
+  |Rel n ⇒ 1
+  |App P Q ⇒ size O D P + size O D Q + 1
+  |Lambda Ty P ⇒ size O D P + 1
+  |Vec Ty v ⇒ foldr ?? (λx,a. size O D x + a) 0 v +1
+  ]
+.
+
+(* axiom pos_size: ∀M. 1 ≤ size M. *)
+
+theorem Telim_size: ∀O,D.∀P: T O D → Prop. 
+ (∀M. (∀N. size O D N < size O D M → P N) → P M) → ∀M. P M.
+#O #D #P #H #M (cut (∀p,N. size O D N = p → P N))
+  [2: /2/]
+#p @(nat_elim1 p) #m #H1 #N #sizeN @H #N0 #Hlt @(H1 (size O D N0)) //
+qed.
+
+lemma T_elim: 
+  ∀O: Type[0].∀D:O→FinSet.∀P:T O D→Prop.
+  (∀o:O.∀x:D o.P (Val O D o x)) →
+  (∀n:ℕ.P(Rel O D n)) →
+  (∀m,n:T O D.P m→P n→P (App O D m n)) →
+  (∀Ty:FType O.∀m:T O D.P m→P(Lambda O D Ty m)) →
+  (∀Ty:FType O.∀v:list (T O D).
+     (∀x:T O D. mem ? x v → P x) → P(Vec O D Ty v)) →
+  ∀x:T O D.P x.
+#O #D #P #Hval #Hrel #Happ #Hlam #Hvec @Telim_size #x cases x //
+  [ (* app *) #m #n #Hind @Happ @Hind // /2 by le_minus_to_plus/
+  | (* lam *) #ty #m #Hind @Hlam @Hind normalize // 
+  | (* vec *) #ty #v #Hind @Hvec #x lapply Hind elim v
+    [#Hind normalize *
+    |#hd #tl #Hind1 #Hind2 * 
+      [#Hx >Hx @Hind2 normalize //
+      |@Hind1 #N #H @Hind2 @(lt_to_le_to_lt … H) normalize //
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.
+
+(* since we only consider beta reduction with closed arguments we could avoid
+lifting. We define it for the sake of generality *)
+        
+(* arguments: k is the nesting depth (starts from 0), p is the lift 
+let rec lift O D t k p on t ≝ 
+  match t with 
+    [ Val o a ⇒ Val O D o a
+    | Rel n ⇒ if (leb k n) then Rel O D (n+p) else Rel O D n
+    | App m n ⇒ App O D (lift O D m k p) (lift O D n k p)
+    | Lambda Ty n ⇒ Lambda O D Ty (lift O D n (S k) p)
+    | Vec Ty v ⇒ Vec O D Ty (map ?? (λx. lift O D x k p) v) 
+    ].
+
+notation "↑ ^ n ( M )" non associative with precedence 40 for @{'Lift 0 $n $M}.
+notation "↑ _ k ^ n ( M )" non associative with precedence 40 for @{'Lift $n $k $M}.
+
+interpretation "Lift" 'Lift n k M = (lift ?? M k n). 
+
+let rec subst O D t k s on t ≝ 
+  match t with 
+    [ Val o a ⇒ Val O D o a 
+    | Rel n ⇒ if (leb k n) then
+        (if (eqb k n) then lift O D s 0 n else Rel O D (n-1)) 
+        else(Rel O D n)
+    | App m n ⇒ App O D (subst O D m k s) (subst O D n k s)
+    | Lambda T n ⇒ Lambda O D T (subst O D n (S k) s)
+    | Vec T v ⇒ Vec O D T (map ?? (λx. subst O D x k s) v) 
+    ].
+*)
+
+(* simplified version of subst, assuming the argument s is closed *)
+
+let rec subst O D t k s on t ≝ 
+  match t with 
+    [ Val o a ⇒ Val O D o a 
+    | Rel n ⇒ if (leb k n) then
+        (if (eqb k n) then (* lift O D s 0 n*) s else Rel O D (n-1)) 
+        else(Rel O D n)
+    | App m n ⇒ App O D (subst O D m k s) (subst O D n k s)
+    | Lambda T n ⇒ Lambda O D T (subst O D n (S k) s)
+    | Vec T v ⇒ Vec O D T (map ?? (λx. subst O D x k s) v) 
+    ].
+(* notation "hvbox(M break [ k ≝ N ])" 
+   non associative with precedence 90
+   for @{'Subst1 $M $k $N}. *)
+interpretation "Subst" 'Subst1 M k N = (subst M k N). 
+
+(*
+lemma subst_rel1: ∀O,D,A.∀k,i. i < k → 
+  (Rel O D i) [k ≝ A] = Rel O D i.
+#A #k #i normalize #ltik >(lt_to_leb_false … ltik) //
+qed.
+
+lemma subst_rel2: ∀O,D, A.∀k. 
+  (Rel k) [k ≝ A] = lift A 0 k.
+#A #k normalize >(le_to_leb_true k k) // >(eq_to_eqb_true … (refl …)) //
+qed.
+
+lemma subst_rel3: ∀A.∀k,i. k < i → 
+  (Rel i) [k ≝ A] = Rel (i-1).
+#A #k #i normalize #ltik >(le_to_leb_true k i) /2/ 
+>(not_eq_to_eqb_false k i) // @lt_to_not_eq //
+qed. *)
+
+
+(* closed terms ????
+let rec closed_k O D (t: T O D) k on t ≝ 
+  match t with 
+    [ Val o a ⇒ True
+    | Rel n ⇒ n < k 
+    | App m n ⇒ (closed_k O D m k) ∧ (closed_k O D n k)
+    | Lambda T n ⇒ closed_k O D n (k+1)
+    | Vec T v ⇒ closed_list O D v k
+    ]
+    
+and closed_list O D (l: list (T O D)) k on l ≝
+  match l with
+    [ nil ⇒ True
+    | cons hd tl ⇒ closed_k O D hd k ∧ closed_list O D tl k
+    ]
+. *)
+
+inductive is_closed (O:Type[0]) (D:O→FinSet): nat → T O D → Prop ≝
+| cval : ∀k,o,a.is_closed O D k (Val O D o a)
+| crel : ∀k,n. n < k → is_closed O D k (Rel O D n)
+| capp : ∀k,m,n. is_closed O D k m → is_closed O D k n → 
+           is_closed O D k (App O D m n)
+| clam : ∀T,k,m. is_closed O D (S k) m → is_closed O D k (Lambda O D T m)
+| cvec:  ∀T,k,v. (∀m. mem ? m v → is_closed O D k m) → 
+           is_closed O D k (Vec O D T v).
+      
+lemma is_closed_rel: ∀O,D,n,k.
+  is_closed O D k (Rel O D n) → n < k.
+#O #D #n #k #H inversion H 
+  [#k0 #o #a #eqk #H destruct
+  |#k0 #n0 #ltn0 #eqk #H destruct //
+  |#k0 #M #N #_ #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#T #k0 #M #_ #_ #_ #H destruct
+  |#T #k0 #v #_ #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed.
+  
+lemma is_closed_app: ∀O,D,k,M, N.
+  is_closed O D k (App O D M N) → is_closed O D k M ∧ is_closed O D k N.
+#O #D #k #M #N #H inversion H 
+  [#k0 #o #a #eqk #H destruct
+  |#k0 #n0 #ltn0 #eqk #H destruct 
+  |#k0 #M1 #N1 #HM #HN #_ #_ #_ #H1 destruct % //
+  |#T #k0 #M #_ #_ #_ #H destruct
+  |#T #k0 #v #_ #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed.
+  
+lemma is_closed_lam: ∀O,D,k,ty,M.
+  is_closed O D k (Lambda O D ty M) → is_closed O D (S k) M.
+#O #D #k #ty #M #H inversion H 
+  [#k0 #o #a #eqk #H destruct
+  |#k0 #n0 #ltn0 #eqk #H destruct 
+  |#k0 #M1 #N1 #HM #HN #_ #_ #_ #H1 destruct 
+  |#T #k0 #M1 #HM1 #_ #_ #H1 destruct //
+  |#T #k0 #v #_ #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed.
+
+lemma is_closed_vec: ∀O,D,k,ty,v.
+  is_closed O D k (Vec O D ty v) → ∀m. mem ? m v → is_closed O D k m.
+#O #D #k #ty #M #H inversion H 
+  [#k0 #o #a #eqk #H destruct
+  |#k0 #n0 #ltn0 #eqk #H destruct 
+  |#k0 #M1 #N1 #HM #HN #_ #_ #_ #H1 destruct 
+  |#T #k0 #M1 #HM1 #_ #_ #H1 destruct
+  |#T #k0 #v #Hv #_ #_ #H1 destruct @Hv
+  ]
+qed.
+
+lemma is_closed_S: ∀O,D,M,m.
+  is_closed O D m M → is_closed O D (S m) M.
+#O #D #M #m #H elim H //
+  [#k #n0 #Hlt @crel @le_S //
+  |#k #P #Q #HP #HC #H1 #H2 @capp //
+  |#ty #k #P #HP #H1 @clam //
+  |#ty #k #v #Hind #Hv @cvec @Hv
+  ]
+qed.
+
+lemma is_closed_mono: ∀O,D,M,m,n. m ≤ n →
+  is_closed O D m M → is_closed O D n M.
+#O #D #M #m #n #lemn elim lemn // #i #j #H #H1 @is_closed_S @H @H1
+qed.
+  
+  
+(*** properties of lift and subst ***)
+
+(*
+lemma lift_0: ∀O,D.∀t:T O D.∀k. lift O D t k 0 = t.
+#O #D #t @(T_elim … t) normalize // 
+  [#n #k cases (leb k n) normalize // 
+  |#o #v #Hind #k @eq_f lapply Hind -Hind elim v // 
+   #hd #tl #Hind #Hind1 normalize @eq_f2 
+    [@Hind1 %1 //|@Hind #x #Hx @Hind1 %2 //]
+  ]
+qed.
+
+lemma lift_closed: ∀O,D.∀t:T O D.∀k,p. 
+  is_closed O D k t → lift O D t k p = t.
+#O #D #t @(T_elim … t) normalize // 
+  [#n #k #p #H >(not_le_to_leb_false … (lt_to_not_le … (is_closed_rel … H))) //
+  |#M #N #HindM #HindN #k #p #H lapply (is_closed_app … H) * #HcM #HcN
+   >(HindM … HcM) >(HindN … HcN) //
+  |#ty #M #HindM #k #p #H lapply (is_closed_lam … H) -H #H >(HindM … H) //
+  |#ty #v #HindM #k #p #H lapply (is_closed_vec … H) -H #H @eq_f 
+   cut (∀m. mem ? m v → lift O D m k p = m)
+    [#m #Hmem @HindM [@Hmem | @H @Hmem]] -HindM
+   elim v // #a #tl #Hind #H1 normalize @eq_f2
+    [@H1 %1 //|@Hind #m #Hmem @H1 %2 @Hmem]
+  ]
+qed.  
+
+*)
+
+lemma subst_closed: ∀O,D,M,N,k,i. k ≤ i → 
+  is_closed O D k M → subst O D M i N = M.
+#O #D #M @(T_elim … M)
+  [#o #a normalize //
+  |#n #N #k #j #Hlt #Hc lapply (is_closed_rel … Hc) #Hnk normalize 
+   >not_le_to_leb_false [2:@lt_to_not_le @(lt_to_le_to_lt … Hnk Hlt)] //
+  |#P #Q #HindP #HindQ #N #k #i #ltki #Hc lapply (is_closed_app … Hc) * 
+   #HcP #HcQ normalize >(HindP … ltki HcP) >(HindQ … ltki HcQ) //
+  |#ty #P #HindP #N #k #i #ltki #Hc lapply (is_closed_lam … Hc)  
+   #HcP normalize >(HindP … HcP) // @le_S_S @ltki
+  |#ty #v #Hindv #N #k #i #ltki #Hc lapply (is_closed_vec … Hc)  
+   #Hcv normalize @eq_f 
+   cut (∀m:T O D.mem (T O D) m v→ subst O D m i N=m)
+    [#m #Hmem @(Hindv … Hmem N … ltki) @Hcv @Hmem] 
+   elim v // #a #tl #Hind #H normalize @eq_f2
+    [@H %1 //| @Hind #Hmem #Htl @H %2 @Htl]
+  ]
+qed.
+
+lemma subst_lemma:  ∀O,D,A,B,C,k,i. is_closed O D k B → is_closed O D i C →
+  subst O D (subst O D A i B) (k+i) C =
+  subst O D (subst O D A (k+S i) C) i B.
+#O #D #A #B #C #k @(T_elim … A) normalize 
+  [//
+  |#n #i #HBc #HCc @(leb_elim i n) #Hle 
+    [@(eqb_elim i n) #eqni
+      [<eqni >(lt_to_leb_false (k+(S i)) i) // normalize 
+       >(subst_closed … HBc) // >le_to_leb_true // >eq_to_eqb_true // 
+      |(cut (i < n)) 
+        [cases (le_to_or_lt_eq … Hle) // #eqin @False_ind /2/] #ltin 
+       (cut (0 < n)) [@(le_to_lt_to_lt … ltin) //] #posn
+       normalize @(leb_elim (k+i) (n-1)) #nk
+        [@(eqb_elim (k+i) (n-1)) #H normalize
+          [cut (k+(S i) = n); [/2 by S_pred/] #H1
+           >(le_to_leb_true (k+(S i)) n) /2/
+           >(eq_to_eqb_true … H1) normalize >(subst_closed … HCc) //
+          |(cut (k+i < n-1)) [@not_eq_to_le_to_lt; //] #Hlt 
+           >(le_to_leb_true (k+(S i)) n) normalize
+            [>(not_eq_to_eqb_false (k+(S i)) n) normalize
+              [>le_to_leb_true [2:@lt_to_le @(le_to_lt_to_lt … Hlt) //]
+               >not_eq_to_eqb_false // @lt_to_not_eq @(le_to_lt_to_lt … Hlt) //
+              |@(not_to_not … H) #Hn /2 by plus_minus/ 
+              ]  
+            |<plus_n_Sm @(lt_to_le_to_lt … Hlt) //
+            ]
+          ]
+        |>(not_le_to_leb_false (k+(S i)) n) normalize
+          [>(le_to_leb_true … Hle) >(not_eq_to_eqb_false … eqni) // 
+          |@(not_to_not … nk) #H @le_plus_to_minus_r //
+          ]
+        ] 
+      ]
+    |(cut (n < k+i)) [@(lt_to_le_to_lt ? i) /2 by not_le_to_lt/] #ltn 
+     >not_le_to_leb_false [2: @lt_to_not_le @(transitive_lt …ltn) //] normalize 
+     >not_le_to_leb_false [2: @lt_to_not_le //] normalize
+     >(not_le_to_leb_false … Hle) // 
+    ] 
+  |#M #N #HindM #HindN #i #HBC #HCc @eq_f2 [@HindM // |@HindN //]
+  |#ty #M #HindM #i #HBC #HCc @eq_f >plus_n_Sm >plus_n_Sm @HindM // 
+   @is_closed_S //
+  |#ty #v #Hindv #i #HBC #HCc @eq_f 
+   cut (∀m.mem ? m v → subst O D (subst O D m i B) (k+i) C = 
+          subst O D (subst O D m (k+S i) C) i B)
+    [#m #Hmem @Hindv //] -Hindv elim v normalize [//]
+   #a #tl #Hind #H @eq_f2 [@H %1 // | @Hind #m #Hmem @H %2 //]
+  ]
+qed.
+
+
diff --git a/matita/matita/lib/finite_lambda/typing.ma b/matita/matita/lib/finite_lambda/typing.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..791e27d
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,229 @@
+(*
+    ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic        
+    ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science     
+    ||T||  Department of the University of Bologna, Italy.                     
+    ||I||                                                                 
+    ||T||  
+    ||A||  This file is distributed under the terms of the 
+    \   /  GNU General Public License Version 2        
+     \ /      
+      V_______________________________________________________________ *)
+
+include "finite_lambda/reduction.ma".
+
+
+(****************************************************************)
+
+inductive TJ (O: Type[0]) (D:O → FinSet): list (FType O) → T O D → FType O → Prop ≝
+  | tval: ∀G,o,a. TJ O D G (Val O D o a) (atom O o)
+  | trel: ∀G1,ty,G2,n. length ? G1 = n → TJ O D (G1@ty::G2) (Rel O D n) ty
+  | tapp: ∀G,M,N,ty1,ty2. TJ O D G M (arrow O ty1 ty2) → TJ O D G N ty1 →
+      TJ O D G (App O D M N) ty2
+  | tlambda: ∀G,M,ty1,ty2. TJ O D (ty1::G) M ty2 → 
+      TJ O D G (Lambda O D ty1 M) (arrow O ty1 ty2)
+  | tvec: ∀G,v,ty1,ty2.
+      (|v| = |enum (FinSet_of_FType O D ty1)|) →
+      (∀M. mem ? M v → TJ O D G M ty2) →
+      TJ O D G (Vec O D ty1 v) (arrow O ty1 ty2).
+
+lemma wt_to_T: ∀O,D,G,ty,a.TJ O D G (to_T O D ty a) ty.
+#O #D #G #ty elim ty
+  [#o #a normalize @tval
+  |#ty1 #ty2 #Hind1 #Hind2 normalize * #v #Hv @tvec
+    [<Hv >length_map >length_map //
+    |#M elim v 
+      [normalize @False_ind |#a #v1 #Hind3 * [#eqM >eqM @Hind2 |@Hind3]]
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma inv_rel: ∀O,D,G,n,ty.
+  TJ O D G (Rel O D n) ty → ∃G1,G2.|G1|=n∧G=G1@ty::G2.
+#O #D #G #n #ty #Hrel inversion Hrel
+  [#G1 #o #a #_ #H destruct 
+  |#G1 #ty1 #G2 #n1 #H1 #H2 #H3 #H4 destruct %{G1} %{G2} /2/ 
+  |#G1 #M0 #N #ty1 #ty2 #_ #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #ty4 #ty5 #HM0 #_ #_ #H #H1 destruct 
+  |#G1 #v #ty3 #ty4 #_ #_ #_ #_ #H destruct 
+  ]
+qed.
+      
+lemma inv_tlambda: ∀O,D,G,M,ty1,ty2,ty3.
+  TJ O D G (Lambda O D ty1 M) (arrow O ty2 ty3) → 
+  ty1 = ty2 ∧ TJ O D (ty2::G) M ty3.
+#O #D #G #M #ty1 #ty2 #ty3 #Hlam inversion Hlam
+  [#G1 #o #a #_ #H destruct 
+  |#G1 #ty #G2 #n #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #N #ty1 #ty2 #_ #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #ty4 #ty5 #HM0 #_ #_ #H #H1 destruct % //
+  |#G1 #v #ty3 #ty4 #_ #_ #_ #_ #H destruct 
+  ]
+qed.
+
+lemma inv_tvec: ∀O,D,G,v,ty1,ty2,ty3.
+   TJ O D G (Vec O D ty1 v) (arrow O ty2 ty3) →
+  (|v| = |enum (FinSet_of_FType O D ty1)|) ∧
+  (∀M. mem ? M v → TJ O D G M ty3).
+#O #D #G #v #ty1 #ty2 #ty3 #Hvec inversion Hvec
+  [#G #o #a #_ #H destruct 
+  |#G1 #ty #G2 #n #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #N #ty1 #ty2 #_ #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #ty4 #ty5 #HM0 #_ #_ #H #H1 destruct 
+  |#G1 #v1 #ty4 #ty5 #Hv #Hmem #_ #_ #H #H1 destruct % // @Hmem 
+  ]
+qed.
+
+(* could be generalized *)
+lemma weak_rel: ∀O,D,G1,G2,ty1,ty2,n. length ? G1 < n → 
+   TJ O D (G1@G2) (Rel O D n) ty1 →
+   TJ O D (G1@ty2::G2) (Rel O D (S n)) ty1.
+#O #D #G1 #G2 #ty1 #ty2 #n #HG1 #Hrel lapply (inv_rel … Hrel)
+* #G3 * #G4 * #H1 #H2 lapply (compare_append … H2)
+* #G5 *
+  [* #H3 @False_ind >H3 in HG1; >length_append >H1 #H4
+   @(absurd … H4) @le_to_not_lt //
+  |* #H3 #H4 >H4 >append_cons <associative_append @trel
+   >length_append >length_append <H1 >H3 >length_append normalize 
+   >plus_n_Sm >associative_plus @eq_f //
+  ]
+qed.
+
+lemma strength_rel: ∀O,D,G1,G2,ty1,ty2,n. length ? G1 < n → 
+   TJ O D (G1@ty2::G2) (Rel O D n) ty1 →
+   TJ O D (G1@G2) (Rel O D (n-1)) ty1.
+#O #D #G1 #G2 #ty1 #ty2 #n #HG1 #Hrel lapply (inv_rel … Hrel)
+* #G3 * #G4 * #H1 #H2 lapply (compare_append … H2)
+* #G5 *
+  [* #H3 @False_ind >H3 in HG1; >length_append >H1 #H4
+   @(absurd … H4) @le_to_not_lt //
+  |lapply G5 -G5 * 
+    [>append_nil normalize * #H3 #H4 destruct @False_ind @(absurd … HG1) 
+     @le_to_not_lt //
+    |#ty3 #G5 * #H3 normalize #H4 destruct (H4) <associative_append @trel
+     <H1 >H3 >length_append >length_append normalize <plus_minus_associative //
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma no_matter: ∀O,D,G,N,tyN. 
+  TJ O D G N tyN →  ∀G1,G2,G3.G=G1@G2 → is_closed O D (|G1|) N →
+    TJ O D (G1@G3) N tyN.    
+#O #D #G #N #tyN #HN elim HN -HN -tyN -N -G 
+  [#G #o #a #G1 #G2 #G3 #_ #_ @tval 
+  |#G #ty #G2 #n #HG #G3 #G4 #G5 #H #HNC normalize 
+   lapply (is_closed_rel … HNC) #Hlt lapply (compare_append … H) * #G6 *
+    [* #H1 @False_ind @(absurd ? Hlt) @le_to_not_lt <HG >H1 >length_append // 
+    |* cases G6
+      [>append_nil normalize #H1 @False_ind 
+       @(absurd ? Hlt) @le_to_not_lt <HG >H1 //
+      |#ty1 #G7 #H1 normalize #H2 destruct >associative_append @trel //
+      ]
+    ]
+  |#G #M #N #ty1 #ty2 #HM #HN #HindM #HindN #G1 #G2 #G3 
+   #Heq #Hc lapply (is_closed_app … Hc) -Hc * #HMc #HNc  
+   @(tapp … (HindM … Heq HMc) (HindN … Heq HNc))
+  |#G #M #ty1 #ty2 #HM #HindM #G1 #G2 #G3 #Heq #Hc
+   lapply (is_closed_lam … Hc) -Hc #HMc 
+   @tlambda @(HindM (ty1::G1) G2) [>Heq // |@HMc]
+  |#G #v #ty1 #ty2 #Hlen #Hv #Hind #G1 #G2 #G3 #H1 #Hc @tvec 
+    [>length_map // 
+    |#M #Hmem @Hind // lapply (is_closed_vec … Hc) #Hvc @Hvc //
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma nth_spec: ∀A,a,d,l1,l2,n. |l1| = n → nth n A (l1@a::l2) d = a.
+#A #a #d #l1 elim l1 normalize
+  [#l2 #n #Hn <Hn  //
+  |#b #tl #Hind #l2 #m #Hm <Hm normalize @Hind //
+  ]
+qed.
+             
+lemma wt_subst_gen: ∀O,D,G,M,tyM. 
+  TJ O D G M tyM → 
+   ∀G1,G2,N,tyN.G=(G1@tyN::G2) →
+    TJ O D G2 N tyN → is_closed O D 0 N →
+     TJ O D (G1@G2) (subst O D M (|G1|) N) tyM.
+#O #D #G #M #tyM #HM elim HM -HM -tyM -M -G
+  [#G #o #a #G1 #G2 #N #tyN #_ #HG #_ normalize @tval
+  |#G #ty #G2 #n #Hlen #G21 #G22 #N #tyN #HG #HN #HNc
+   normalize cases (true_or_false (leb (|G21|) n))
+    [#H >H cases (le_to_or_lt_eq … (leb_true_to_le … H))
+      [#ltn >(not_eq_to_eqb_false … (lt_to_not_eq … ltn)) normalize
+       lapply (compare_append … HG) * #G3 *
+        [* #HG1 #HG2 @(strength_rel … tyN … ltn) <HG @trel @Hlen
+        |* #HG >HG in ltn; >length_append #ltn @False_ind 
+         @(absurd … ltn) @le_to_not_lt >Hlen //
+        ] 
+      |#HG21 >(eq_to_eqb_true … HG21) 
+       cut (ty = tyN) 
+        [<(nth_spec ? ty ty ? G2 … Hlen) >HG @nth_spec @HG21] #Hty >Hty
+       normalize <HG21 @(no_matter ????? HN []) //
+      ]
+    |#H >H normalize lapply (compare_append … HG) * #G3 *
+      [* #H1 @False_ind @(absurd ? Hlen) @sym_not_eq @lt_to_not_eq >H1
+       >length_append @(lt_to_le_to_lt n (|G21|)) // @not_le_to_lt
+       @(leb_false_to_not_le … H) 
+      |cases G3 
+        [>append_nil * #H1 @False_ind @(absurd ? Hlen) <H1 @sym_not_eq
+         @lt_to_not_eq @not_le_to_lt @(leb_false_to_not_le … H)
+        |#ty2 #G4 * #H1 normalize #H2 destruct >associative_append @trel //
+        ]
+      ]    
+    ]
+  |#G #M #N #ty1 #ty2 #HM #HN #HindM #HindN #G1 #G2 #N0 #tyN0 #eqG
+   #HN0 #Hc normalize @(tapp … ty1) 
+    [@(HindM … eqG HN0 Hc) |@(HindN … eqG HN0 Hc)]
+  |#G #M #ty1 #ty2 #HM #HindM #G1 #G2 #N0 #tyN0 #eqG
+   #HN0 #Hc normalize @(tlambda … ty1) @(HindM (ty1::G1) … HN0) // >eqG //
+  |#G #v #ty1 #ty2 #Hlen #Hv #Hind #G1 #G2 #N0 #tyN0 #eqG
+   #HN0 #Hc normalize @(tvec … ty1) 
+    [>length_map @Hlen
+    |#M #Hmem lapply (mem_map ????? Hmem) * #a * -Hmem #Hmem #eqM <eqM
+     @(Hind … Hmem … eqG HN0 Hc) 
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma wt_subst: ∀O,D,M,N,G,ty1,ty2. 
+  TJ O D (ty1::G) M ty2 → 
+  TJ O D G N ty1 → is_closed O D 0 N →
+  TJ O D G (subst O D M 0 N) ty2.
+#O #D #M #N #G #ty1 #ty2 #HM #HN #Hc @(wt_subst_gen …(ty1::G) … [ ] … HN) //
+qed.
+
+lemma subject_reduction: ∀O,D,M,M1,G,ty. 
+  TJ O D G M ty → red O D M M1 → TJ O D G M1 ty.
+#O #D #M #M1 #G #ty #HM lapply M1 -M1 elim HM  -HM -ty -G -M
+  [#G #o #a #M1 #Hval elim (red_val ????? Hval)
+  |#G #ty #G1 #n #_ #M1 #Hrel elim (red_rel ???? Hrel) 
+  |#G #M #N #ty1 #ty2 #HM #HN #HindM #HindN #M1 #Hred inversion Hred
+    [#P #M0 #N0 #Hc #H1 destruct (H1) #HM1 @(wt_subst … HN) //
+     @(proj2 … (inv_tlambda … HM))
+    |#ty #v #a #M0 #Ha #H1 #H2 destruct @(proj2 … (inv_tvec … HM))
+     @(assoc_to_mem … Ha)
+    |#M2 #M3 #N0 #Hredl #_ #H1 destruct (H1) #eqM1 @(tapp … HN) @HindM @Hredl
+    |#M2 #M3 #N0 #Hredr #_ #H1 destruct (H1) #eqM1 @(tapp … HM) @HindN @Hredr
+    |#ty #N0 #N1 #_ #_ #H1 destruct (H1)
+    |#ty #M0 #H1 destruct (H1)
+    |#ty #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1)
+    ]
+  |#G #P #ty1 #ty2 #HP #Hind #M1 #Hred lapply(red_lambda ????? Hred) *
+    [* #P1 * #HredP #HM1 >HM1 @tlambda @Hind //
+    |#HM1 >HM1 @tvec // #N #HN lapply(mem_map ????? HN) 
+     * #a * #mema #eqN <eqN -eqN @(wt_subst …HP) // @wt_to_T
+    ]
+  |#G #v #ty1 #ty2 #Hlen #Hv #Hind #M1 #Hred lapply(red_vec ????? Hred)
+   * #N * #N1 * #v1 * #v2 * * #H1 #H2 #H3 >H3 @tvec 
+    [<Hlen >H2 >length_append >length_append @eq_f //
+    |#M2 #Hmem cases (mem_append ???? Hmem) -Hmem #Hmem
+      [@Hv >H2 @mem_append_l1 //
+      |cases Hmem 
+        [#HM2 >HM2 -HM2 @(Hind N … H1) >H2 @mem_append_l2 %1 //
+        |-Hmem #Hmem @Hv >H2 @mem_append_l2 %2 //
+        ]
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.
+    
diff --git a/matita/matita/lib/finite_lambda/typing_deep.ma b/matita/matita/lib/finite_lambda/typing_deep.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..d2fde87
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,239 @@
+(*
+    ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic        
+    ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science     
+    ||T||  Department of the University of Bologna, Italy.                     
+    ||I||                                                                 
+    ||T||  
+    ||A||  This file is distributed under the terms of the 
+    \   /  GNU General Public License Version 2        
+     \ /      
+      V_______________________________________________________________ *)
+
+include "finite_lambda/finite_lambda_deep.ma".
+
+
+(****************************************************************)
+
+inductive TJ (O: Type[0]) (D:O → FinSet): list (FType O) → T O D → FType O → Prop ≝
+  | tval: ∀G,o,a. TJ O D G (Val O D o a) (atom O o)
+  | trel: ∀G1,ty,G2,n. length ? G1 = n → TJ O D (G1@ty::G2) (Rel O D n) ty
+  | tapp: ∀G,M,N,ty1,ty2. TJ O D G M (arrow O ty1 ty2) → TJ O D G N ty1 →
+      TJ O D G (App O D M N) ty2
+  | tlambda: ∀G,M,ty1,ty2. TJ O D (ty1::G) M ty2 → 
+      TJ O D G (Lambda O D ty1 M) (arrow O ty1 ty2)
+  | tvec: ∀G,v,ty1,ty2.
+      (|v| = |enum (FinSet_of_FType O D ty1)|) →
+      (∀M. mem ? M v → TJ O D G M ty2) →
+      TJ O D G (Vec O D ty1 v) (arrow O ty1 ty2).
+
+lemma wt_to_T: ∀O,D,G,ty,a.TJ O D G (to_T O D ty a) ty.
+#O #D #G #ty elim ty
+  [#o #a normalize @tval
+  |#ty1 #ty2 #Hind1 #Hind2 normalize * #v #Hv @tvec
+    [<Hv >length_map >length_map //
+    |#M elim v 
+      [normalize @False_ind |#a #v1 #Hind3 * [#eqM >eqM @Hind2 |@Hind3]]
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma inv_rel: ∀O,D,G,n,ty.
+  TJ O D G (Rel O D n) ty → ∃G1,G2.|G1|=n∧G=G1@ty::G2.
+#O #D #G #n #ty #Hrel inversion Hrel
+  [#G1 #o #a #_ #H destruct 
+  |#G1 #ty1 #G2 #n1 #H1 #H2 #H3 #H4 destruct %{G1} %{G2} /2/ 
+  |#G1 #M0 #N #ty1 #ty2 #_ #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #ty4 #ty5 #HM0 #_ #_ #H #H1 destruct 
+  |#G1 #v #ty3 #ty4 #_ #_ #_ #_ #H destruct 
+  ]
+qed.
+      
+lemma inv_tlambda: ∀O,D,G,M,ty1,ty2,ty3.
+  TJ O D G (Lambda O D ty1 M) (arrow O ty2 ty3) → 
+  ty1 = ty2 ∧ TJ O D (ty2::G) M ty3.
+#O #D #G #M #ty1 #ty2 #ty3 #Hlam inversion Hlam
+  [#G1 #o #a #_ #H destruct 
+  |#G1 #ty #G2 #n #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #N #ty1 #ty2 #_ #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #ty4 #ty5 #HM0 #_ #_ #H #H1 destruct % //
+  |#G1 #v #ty3 #ty4 #_ #_ #_ #_ #H destruct 
+  ]
+qed.
+
+lemma inv_tvec: ∀O,D,G,v,ty1,ty2,ty3.
+   TJ O D G (Vec O D ty1 v) (arrow O ty2 ty3) →
+  (|v| = |enum (FinSet_of_FType O D ty1)|) ∧
+  (∀M. mem ? M v → TJ O D G M ty3).
+#O #D #G #v #ty1 #ty2 #ty3 #Hvec inversion Hvec
+  [#G #o #a #_ #H destruct 
+  |#G1 #ty #G2 #n #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #N #ty1 #ty2 #_ #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #ty4 #ty5 #HM0 #_ #_ #H #H1 destruct 
+  |#G1 #v1 #ty4 #ty5 #Hv #Hmem #_ #_ #H #H1 destruct % // @Hmem 
+  ]
+qed.
+
+(* could be generalized *)
+lemma weak_rel: ∀O,D,G1,G2,ty1,ty2,n. length ? G1 < n → 
+   TJ O D (G1@G2) (Rel O D n) ty1 →
+   TJ O D (G1@ty2::G2) (Rel O D (S n)) ty1.
+#O #D #G1 #G2 #ty1 #ty2 #n #HG1 #Hrel lapply (inv_rel … Hrel)
+* #G3 * #G4 * #H1 #H2 lapply (compare_append … H2)
+* #G5 *
+  [* #H3 @False_ind >H3 in HG1; >length_append >H1 #H4
+   @(absurd … H4) @le_to_not_lt //
+  |* #H3 #H4 >H4 >append_cons <associative_append @trel
+   >length_append >length_append <H1 >H3 >length_append normalize 
+   >plus_n_Sm >associative_plus @eq_f //
+  ]
+qed.
+
+lemma strength_rel: ∀O,D,G1,G2,ty1,ty2,n. length ? G1 < n → 
+   TJ O D (G1@ty2::G2) (Rel O D n) ty1 →
+   TJ O D (G1@G2) (Rel O D (n-1)) ty1.
+#O #D #G1 #G2 #ty1 #ty2 #n #HG1 #Hrel lapply (inv_rel … Hrel)
+* #G3 * #G4 * #H1 #H2 lapply (compare_append … H2)
+* #G5 *
+  [* #H3 @False_ind >H3 in HG1; >length_append >H1 #H4
+   @(absurd … H4) @le_to_not_lt //
+  |lapply G5 -G5 * 
+    [>append_nil normalize * #H3 #H4 destruct @False_ind @(absurd … HG1) 
+     @le_to_not_lt //
+    |#ty3 #G5 * #H3 normalize #H4 destruct (H4) <associative_append @trel
+     <H1 >H3 >length_append >length_append normalize <plus_minus_associative //
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma weakening: ∀O,D,G,N,tyN. 
+  TJ O D G N tyN →  ∀G1,G2,G3.G=G1@G2 → 
+    TJ O D (G1@G3@G2) (lift O D N (|G1|) (|G3|)) tyN.    
+#O #D #G #N #tyN #HN elim HN -HN -tyN -N -G 
+  [#G #o #a #G1 #G2 #G3 #_ @tval 
+  |#G #ty #G2 #n #HG #G3 #G4 #G5 #H normalize 
+   cases (true_or_false (leb (|G3|) n)) #Hcase >Hcase normalize
+    [lapply (compare_append … H) * #G6 *
+      [* #H1 #H2 >H2 <associative_append <associative_append @trel
+       <HG >H1 >length_append >length_append >length_append //
+      |cases G6 
+        [* >append_nil normalize #H1 #H2 <H2 <associative_append @trel
+         <HG >H1 >length_append //
+        |#ty1 #G7 * #H @False_ind @(absurd … (leb_true_to_le … Hcase))
+         @lt_to_not_le <HG >H >length_append normalize //
+        ]
+      ]
+    |lapply (compare_append … H) * #G6 *
+      [* #H1 @False_ind @(absurd ?? (leb_false_to_not_le … Hcase)) <HG >H1
+       >length_append normalize //
+      |* cases G6
+        [>append_nil normalize #H1 @False_ind 
+         @(absurd ?? (leb_false_to_not_le … Hcase)) <HG >H1 //
+        |#ty1 #G7 #H1 normalize #H2 destruct >associative_append @trel //
+        ]
+      ]
+    ]
+  |#G #M #N #ty1 #ty2 #HM #HN #HindM #HindN #G1 #G2 #G3 
+   #Heq @(tapp … (HindM … Heq) (HindN … Heq))
+  |#G #M #ty1 #ty2 #HM #HindM #G1 #G2 #G3 #Heq @tlambda @(HindM (ty1::G1)) 
+   >Heq //
+  |#G #v #ty1 #ty2 #Hlen #Hv #Hind #G1 #G2 #G3 #H1 @tvec 
+    [>length_map // 
+    |#M #Hmem lapply (mem_map ????? Hmem) * #M1 * #memM1 #eqM <eqM @Hind //
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma nth_spec: ∀A,a,d,l1,l2,n. |l1| = n → nth n A (l1@a::l2) d = a.
+#A #a #d #l1 elim l1 normalize
+  [#l2 #n #Hn <Hn  //
+  |#b #tl #Hind #l2 #m #Hm <Hm normalize @Hind //
+  ]
+qed.
+             
+lemma wt_subst_gen: ∀O,D,G,M,tyM. 
+  TJ O D G M tyM → 
+   ∀G1,G2,N,tyN.G=(G1@tyN::G2) →
+    TJ O D G2 N tyN →
+     TJ O D (G1@G2) (subst O D M (|G1|) N) tyM.
+#O #D #G #M #tyM #HM elim HM -HM -tyM -M -G
+  [#G #o #a #G1 #G2 #N #tyN #HG #_ normalize @tval
+  |#G #ty #G2 #n #Hlen #G21 #G22 #N #tyN #HG #HN 
+   normalize cases (true_or_false (leb (|G21|) n))
+    [#H >H cases (le_to_or_lt_eq … (leb_true_to_le … H))
+      [#ltn >(not_eq_to_eqb_false … (lt_to_not_eq … ltn)) normalize
+       lapply (compare_append … HG) * #G3 *
+        [* #HG1 #HG2 @(strength_rel … tyN … ltn) <HG @trel @Hlen
+        |* #HG >HG in ltn; >length_append #ltn @False_ind 
+         @(absurd … ltn) @le_to_not_lt >Hlen //
+        ] 
+      |#HG21 >(eq_to_eqb_true … HG21) 
+       cut (ty = tyN) 
+        [<(nth_spec ? ty ty ? G2 … Hlen) >HG @nth_spec @HG21] #Hty >Hty
+       normalize <HG21 @(weakening ????? HN [ ]) //
+      ]
+    |#H >H normalize lapply (compare_append … HG) * #G3 *
+      [* #H1 @False_ind @(absurd ? Hlen) @sym_not_eq @lt_to_not_eq >H1
+       >length_append @(lt_to_le_to_lt n (|G21|)) // @not_le_to_lt
+       @(leb_false_to_not_le … H) 
+      |cases G3 
+        [>append_nil * #H1 @False_ind @(absurd ? Hlen) <H1 @sym_not_eq
+         @lt_to_not_eq @not_le_to_lt @(leb_false_to_not_le … H)
+        |#ty2 #G4 * #H1 normalize #H2 destruct >associative_append @trel //
+        ]
+      ]    
+    ]
+  |#G #M #N #ty1 #ty2 #HM #HN #HindM #HindN #G1 #G2 #N0 #tyN0 #eqG
+   #HN0 normalize @(tapp … ty1) [@(HindM … eqG HN0) |@(HindN … eqG HN0)]
+  |#G #M #ty1 #ty2 #HM #HindM #G1 #G2 #N0 #tyN0 #eqG
+   #HN0 normalize @(tlambda … ty1) @(HindM (ty1::G1) … HN0) >eqG //
+  |#G #v #ty1 #ty2 #Hlen #Hv #Hind #G1 #G2 #N0 #tyN0 #eqG
+   #HN0 normalize @(tvec … ty1) 
+    [>length_map @Hlen
+    |#M #Hmem lapply (mem_map ????? Hmem) * #a * -Hmem #Hmem #eqM <eqM
+     @(Hind … Hmem … eqG HN0) 
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma wt_subst: ∀O,D,M,N,G,ty1,ty2. 
+  TJ O D (ty1::G) M ty2 → 
+  TJ O D G N ty1 →
+  TJ O D G (subst O D M 0 N) ty2.
+#O #D #M #N #G #ty1 #ty2 #HM #HN @(wt_subst_gen …(ty1::G) … [ ] … HN) //
+qed.
+
+lemma subject_reduction: ∀O,D,M,M1,G,ty. 
+  TJ O D G M ty → red O D M M1 → TJ O D G M1 ty.
+#O #D #M #M1 #G #ty #HM lapply M1 -M1 elim HM  -HM -ty -G -M
+  [#G #o #a #M1 #Hval elim (red_val ????? Hval)
+  |#G #ty #G1 #n #_ #M1 #Hrel elim (red_rel ???? Hrel) 
+  |#G #M #N #ty1 #ty2 #HM #HN #HindM #HindN #M1 #Hred inversion Hred
+    [#P #M0 #N0 #Hc #H1 destruct (H1) #HM1 @(wt_subst … HN)
+     @(proj2 … (inv_tlambda … HM))
+    |#ty #v #a #M0 #Ha #H1 #H2 destruct @(proj2 … (inv_tvec … HM))
+     @(assoc_to_mem … Ha)
+    |#M2 #M3 #N0 #Hredl #_ #H1 destruct (H1) #eqM1 @(tapp … HN) @HindM @Hredl
+    |#M2 #M3 #N0 #Hredr #_ #H1 destruct (H1) #eqM1 @(tapp … HM) @HindN @Hredr
+    |#ty #N0 #N1 #_ #_ #H1 destruct (H1)
+    |#ty #M0 #H1 destruct (H1)
+    |#ty #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1)
+    ]
+  |#G #P #ty1 #ty2 #HP #Hind #M1 #Hred lapply(red_lambda ????? Hred) *
+    [* #P1 * #HredP #HM1 >HM1 @tlambda @Hind //
+    |#HM1 >HM1 @tvec // #N #HN lapply(mem_map ????? HN) 
+     * #a * #mema #eqN <eqN -eqN @(wt_subst …HP) @wt_to_T
+    ]
+  |#G #v #ty1 #ty2 #Hlen #Hv #Hind #M1 #Hred lapply(red_vec ????? Hred)
+   * #N * #N1 * #v1 * #v2 * * #H1 #H2 #H3 >H3 @tvec 
+    [<Hlen >H2 >length_append >length_append @eq_f //
+    |#M2 #Hmem cases (mem_append ???? Hmem) -Hmem #Hmem
+      [@Hv >H2 @mem_append_l1 //
+      |cases Hmem 
+        [#HM2 >HM2 -HM2 @(Hind N … H1) >H2 @mem_append_l2 %1 //
+        |-Hmem #Hmem @Hv >H2 @mem_append_l2 %2 //
+        ]
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.
+    
diff --git a/matita/matita/lib/finite_lambda/typing_old.ma b/matita/matita/lib/finite_lambda/typing_old.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..7ab0bdb
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,236 @@
+(*
+    ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic        
+    ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science     
+    ||T||  Department of the University of Bologna, Italy.                     
+    ||I||                                                                 
+    ||T||  
+    ||A||  This file is distributed under the terms of the 
+    \   /  GNU General Public License Version 2        
+     \ /      
+      V_______________________________________________________________ *)
+
+include "finite_lambda/finite_lambda.ma".
+
+
+(****************************************************************)
+
+inductive TJ (O: Type[0]) (D:O → FinSet): list (FType O) → T O D → FType O → Prop ≝
+  | tval: ∀G,o,a. TJ O D G (Val O D o a) (atom O o)
+  | trel: ∀G1,ty,G2,n. length ? G1 = n → TJ O D (G1@ty::G2) (Rel O D n) ty
+  | tapp: ∀G,M,N,ty1,ty2. TJ O D G M (arrow O ty1 ty2) → TJ O D G N ty1 →
+      TJ O D G (App O D M N) ty2
+  | tlambda: ∀G,M,ty1,ty2. TJ O D (ty1::G) M ty2 → 
+      TJ O D G (Lambda O D ty1 M) (arrow O ty1 ty2)
+  | tvec: ∀G,v,ty1,ty2.
+      (|v| = |enum (FinSet_of_FType O D ty1)|) →
+      (∀M. mem ? M v → TJ O D G M ty2) →
+      TJ O D G (Vec O D ty1 v) (arrow O ty1 ty2).
+
+lemma wt_to_T: ∀O,D,G,ty,a.TJ O D G (to_T O D ty a) ty.
+#O #D #G #ty elim ty
+  [#o #a normalize @tval
+  |#ty1 #ty2 #Hind1 #Hind2 normalize * #v #Hv @tvec
+    [<Hv >length_map >length_map //
+    |#M elim v 
+      [normalize @False_ind |#a #v1 #Hind3 * [#eqM >eqM @Hind2 |@Hind3]]
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma inv_rel: ∀O,D,G,n,ty.
+  TJ O D G (Rel O D n) ty → ∃G1,G2.|G1|=n∧G=G1@ty::G2.
+#O #D #G #n #ty #Hrel inversion Hrel
+  [#G1 #o #a #_ #H destruct 
+  |#G1 #ty1 #G2 #n1 #H1 #H2 #H3 #H4 destruct %{G1} %{G2} /2/ 
+  |#G1 #M0 #N #ty1 #ty2 #_ #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #ty4 #ty5 #HM0 #_ #_ #H #H1 destruct 
+  |#G1 #v #ty3 #ty4 #_ #_ #_ #_ #H destruct 
+  ]
+qed.
+      
+lemma inv_tlambda: ∀O,D,G,M,ty1,ty2,ty3.
+  TJ O D G (Lambda O D ty1 M) (arrow O ty2 ty3) → 
+  ty1 = ty2 ∧ TJ O D (ty2::G) M ty3.
+#O #D #G #M #ty1 #ty2 #ty3 #Hlam inversion Hlam
+  [#G1 #o #a #_ #H destruct 
+  |#G1 #ty #G2 #n #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #N #ty1 #ty2 #_ #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #ty4 #ty5 #HM0 #_ #_ #H #H1 destruct % //
+  |#G1 #v #ty3 #ty4 #_ #_ #_ #_ #H destruct 
+  ]
+qed.
+
+lemma inv_tvec: ∀O,D,G,v,ty1,ty2,ty3.
+   TJ O D G (Vec O D ty1 v) (arrow O ty2 ty3) →
+  (|v| = |enum (FinSet_of_FType O D ty1)|) ∧
+  (∀M. mem ? M v → TJ O D G M ty3).
+#O #D #G #v #ty1 #ty2 #ty3 #Hvec inversion Hvec
+  [#G #o #a #_ #H destruct 
+  |#G1 #ty #G2 #n #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #N #ty1 #ty2 #_ #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#G1 #M0 #ty4 #ty5 #HM0 #_ #_ #H #H1 destruct 
+  |#G1 #v1 #ty4 #ty5 #Hv #Hmem #_ #_ #H #H1 destruct % // @Hmem 
+  ]
+qed.
+
+(* could be generalized *)
+lemma weak_rel: ∀O,D,G1,G2,ty1,ty2,n. length ? G1 < n → 
+   TJ O D (G1@G2) (Rel O D n) ty1 →
+   TJ O D (G1@ty2::G2) (Rel O D (S n)) ty1.
+#O #D #G1 #G2 #ty1 #ty2 #n #HG1 #Hrel lapply (inv_rel … Hrel)
+* #G3 * #G4 * #H1 #H2 lapply (compare_append … H2)
+* #G5 *
+  [* #H3 @False_ind >H3 in HG1; >length_append >H1 #H4
+   @(absurd … H4) @le_to_not_lt //
+  |* #H3 #H4 >H4 >append_cons <associative_append @trel
+   >length_append >length_append <H1 >H3 >length_append normalize 
+   >plus_n_Sm >associative_plus @eq_f //
+  ]
+qed.
+
+lemma strength_rel: ∀O,D,G1,G2,ty1,ty2,n. length ? G1 < n → 
+   TJ O D (G1@ty2::G2) (Rel O D n) ty1 →
+   TJ O D (G1@G2) (Rel O D (n-1)) ty1.
+#O #D #G1 #G2 #ty1 #ty2 #n #HG1 #Hrel lapply (inv_rel … Hrel)
+* #G3 * #G4 * #H1 #H2 lapply (compare_append … H2)
+* #G5 *
+  [* #H3 @False_ind >H3 in HG1; >length_append >H1 #H4
+   @(absurd … H4) @le_to_not_lt //
+  |lapply G5 -G5 * 
+    [>append_nil normalize * #H3 #H4 destruct @False_ind @(absurd … HG1) 
+     @le_to_not_lt //
+    |#ty3 #G5 * #H3 normalize #H4 destruct (H4) <associative_append @trel
+     <H1 >H3 >length_append >length_append normalize <plus_minus_associative //
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma weakening: ∀O,D,G,N,tyN. 
+  TJ O D G N tyN →  ∀G1,G2,G3.G=G1@G2 → 
+    TJ O D (G1@G3@G2) (lift O D N (|G1|) (|G3|)) tyN.    
+#O #D #G #N #tyN #HN elim HN -HN -tyN -N -G 
+  [#G #o #a #G1 #G2 #G3 #_ @tval 
+  |#G #ty #G2 #n #HG #G3 #G4 #G5 #H normalize 
+   cases (true_or_false (leb (|G3|) n)) #Hcase >Hcase normalize
+    [lapply (compare_append … H) * #G6 *
+      [* #H1 #H2 >H2 <associative_append <associative_append @trel
+       <HG >H1 >length_append >length_append >length_append //
+      |cases G6 
+        [* >append_nil normalize #H1 #H2 <H2 <associative_append @trel
+         <HG >H1 >length_append //
+        |#ty1 #G7 * #H @False_ind @(absurd … (leb_true_to_le … Hcase))
+         @lt_to_not_le <HG >H >length_append normalize //
+        ]
+      ]
+    |lapply (compare_append … H) * #G6 *
+      [* #H1 @False_ind @(absurd ?? (leb_false_to_not_le … Hcase)) <HG >H1
+       >length_append normalize //
+      |* cases G6
+        [>append_nil normalize #H1 @False_ind 
+         @(absurd ?? (leb_false_to_not_le … Hcase)) <HG >H1 //
+        |#ty1 #G7 #H1 normalize #H2 destruct >associative_append @trel //
+        ]
+      ]
+    ]
+  |#G #M #N #ty1 #ty2 #HM #HN #HindM #HindN #G1 #G2 #G3 
+   #Heq @(tapp … (HindM … Heq) (HindN … Heq))
+  |#G #M #ty1 #ty2 #HM #HindM #G1 #G2 #G3 #Heq @tlambda @(HindM (ty1::G1)) 
+   >Heq //
+  |#G #v #ty1 #ty2 #Hlen #Hv #Hind #G1 #G2 #G3 #H1 @tvec 
+    [>length_map // 
+    |#M #Hmem lapply (mem_map ????? Hmem) * #M1 * #memM1 #eqM <eqM @Hind //
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma nth_spec: ∀A,a,d,l1,l2,n. |l1| = n → nth n A (l1@a::l2) d = a.
+#A #a #d #l1 elim l1 normalize
+  [#l2 #n #Hn <Hn  //
+  |#b #tl #Hind #l2 #m #Hm <Hm normalize @Hind //
+  ]
+qed.
+             
+lemma wt_subst_gen: ∀O,D,G,M,tyM. 
+  TJ O D G M tyM → 
+   ∀G1,G2,N,tyN.G=(G1@tyN::G2) →
+    TJ O D G2 N tyN →
+     TJ O D (G1@G2) (subst O D M (|G1|) N) tyM.
+#O #D #G #M #tyM #HM elim HM -HM -tyM -M -G
+  [#G #o #a #G1 #G2 #N #tyN #HG #_ normalize @tval
+  |#G #ty #G2 #n #Hlen #G21 #G22 #N #tyN #HG #HN 
+   normalize cases (true_or_false (leb (|G21|) n))
+    [#H >H cases (le_to_or_lt_eq … (leb_true_to_le … H))
+      [#ltn >(not_eq_to_eqb_false … (lt_to_not_eq … ltn)) normalize
+       lapply (compare_append … HG) * #G3 *
+        [* #HG1 #HG2 @(strength_rel … tyN … ltn) <HG @trel @Hlen
+        |* #HG >HG in ltn; >length_append #ltn @False_ind 
+         @(absurd … ltn) @le_to_not_lt >Hlen //
+        ] 
+      |#HG21 >(eq_to_eqb_true … HG21) 
+       cut (ty = tyN) 
+        [<(nth_spec ? ty ty ? G2 … Hlen) >HG @nth_spec @HG21] #Hty >Hty
+       normalize <HG21 @(weakening ????? HN [ ]) //
+      ]
+    |#H >H normalize lapply (compare_append … HG) * #G3 *
+      [* #H1 @False_ind @(absurd ? Hlen) @sym_not_eq @lt_to_not_eq >H1
+       >length_append @(lt_to_le_to_lt n (|G21|)) // @not_le_to_lt
+       @(leb_false_to_not_le … H) 
+      |cases G3 
+        [>append_nil * #H1 @False_ind @(absurd ? Hlen) <H1 @sym_not_eq
+         @lt_to_not_eq @not_le_to_lt @(leb_false_to_not_le … H)
+        |#ty2 #G4 * #H1 normalize #H2 destruct >associative_append @trel //
+        ]
+      ]    
+    ]
+  |#G #M #N #ty1 #ty2 #HM #HN #HindM #HindN #G1 #G2 #N0 #tyN0 #eqG
+   #HN0 normalize @(tapp … ty1) [@(HindM … eqG HN0) |@(HindN … eqG HN0)]
+  |#G #M #ty1 #ty2 #HM #HindM #G1 #G2 #N0 #tyN0 #eqG
+   #HN0 normalize @(tlambda … ty1) @(HindM (ty1::G1) … HN0) >eqG //
+  |#G #v #ty1 #ty2 #Hlen #Hv #Hind #G1 #G2 #N0 #tyN0 #eqG
+   #HN0 normalize @(tvec … ty1) 
+    [>length_map @Hlen
+    |#M #Hmem lapply (mem_map ????? Hmem) * #a * -Hmem #Hmem #eqM <eqM
+     @(Hind … Hmem … eqG HN0) 
+    ]
+  ]
+qed.
+
+lemma wt_subst: ∀O,D,M,N,G,ty1,ty2. 
+  TJ O D (ty1::G) M ty2 → 
+  TJ O D G N ty1 →
+  TJ O D G (subst O D M 0 N) ty2.
+#O #D #M #N #G #ty1 #ty2 #HM #HN @(wt_subst_gen …(ty1::G) … [ ] … HN) //
+qed.
+
+lemma subject_reduction: ∀O,D,M,M1,G,ty. 
+  TJ O D G M ty → red O D M M1 → TJ O D G M1 ty.
+#O #D #M #M1 #G #ty #HM lapply M1 -M1 elim HM  -HM -ty -G -M
+  [#G #o #a #M1 #Hval elim (red_val ????? Hval)
+  |#G #ty #G1 #n #_ #M1 #Hrel elim (red_rel ???? Hrel) 
+  |#G #M #N #ty1 #ty2 #HM #HN #HindM #HindN #M1 #Hred inversion Hred
+    [#P #M0 #N0 #H1 destruct (H1) #HM1 @(wt_subst … HN)
+     @(proj2 … (inv_tlambda … HM))
+    |#ty #v #a #M0 #Ha #H1 #H2 destruct @(proj2 … (inv_tvec … HM))
+     @(assoc_to_mem … Ha)
+    |#M2 #M3 #N0 #Hredl #_ #H1 destruct (H1) #eqM1 @(tapp … HN) @HindM @Hredl
+    |#M2 #M3 #N0 #Hredr #_ #H1 destruct (H1) #eqM1 @(tapp … HM) @HindN @Hredr
+    |#ty #M0 #H1 destruct (H1)
+    |#ty #N0 #N1 #v #v1 #_ #_ #H1 destruct (H1)
+    ]
+  |#G #P #ty1 #ty2 #HP #Hind #M1 #Hred lapply(red_lambda ????? Hred) #HM1 >HM1
+   @tvec // #N #HN lapply(mem_map ????? HN) * #a * #mema #eqN <eqN -eqN
+   @(wt_subst …HP) @wt_to_T
+  |#G #v #ty1 #ty2 #Hlen #Hv #Hind #M1 #Hred lapply(red_vec ????? Hred)
+   * #N * #N1 * #v1 * #v2 * * #H1 #H2 #H3 >H3 @tvec 
+    [<Hlen >H2 >length_append >length_append @eq_f //
+    |#M2 #Hmem cases (mem_append ???? Hmem) -Hmem #Hmem
+      [@Hv >H2 @mem_append_l1 //
+      |cases Hmem 
+        [#HM2 >HM2 -HM2 @(Hind N … H1) >H2 @mem_append_l2 %1 //
+        |-Hmem #Hmem @Hv >H2 @mem_append_l2 %2 //
+        ]
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.
+