Theorem: exists_hasDerivWithinAt_eq_of_gt_of_lt
File: Mathlib/Analysis/Calculus/Darboux.lean

tactic: rcases hab.eq_or_lt with (rfl | hab')
state_before: a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b
state_after: case inl
a : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
m : ℝ
hma : f' a < m
hab : a ≤ a
hf : ∀ x ∈ Icc a a, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a a) x
hmb : m < f' a
⊢ m ∈ f' '' Ioo a a

case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b

tactic: set g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
state_before: case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b
state_after: case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b

tactic: have hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x := by
  intro x hx
  simpa using (hf x hx).sub ((hasDerivWithinAt_id x _).const_mul m)
state_before: case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b
state_after: case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b

tactic: obtain ⟨c, cmem, hc⟩ : ∃ c ∈ Icc a b, IsMinOn g (Icc a b) c :=
  isCompact_Icc.exists_isMinOn (nonempty_Icc.2 <| hab) fun x hx => (hg x hx).continuousWithinAt
state_before: case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b
state_after: case inr.intro.intro
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b

tactic: use c, cmem'
state_before: case inr.intro.intro
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
cmem' : c ∈ Ioo a b
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b
state_after: case right
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
cmem' : c ∈ Ioo a b
⊢ f' c = m

tactic: rw [← sub_eq_zero]
state_before: case right
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
cmem' : c ∈ Ioo a b
⊢ f' c = m
state_after: case right
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
cmem' : c ∈ Ioo a b
⊢ f' c - m = 0

tactic: have : Icc a b ∈ 𝓝 c := by rwa [← mem_interior_iff_mem_nhds, interior_Icc]
state_before: case right
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
cmem' : c ∈ Ioo a b
⊢ f' c - m = 0
state_after: case right
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
cmem' : c ∈ Ioo a b
this : Icc a b ∈ 𝓝 c
⊢ f' c - m = 0

tactic: exact (hc.isLocalMin this).hasDerivAt_eq_zero ((hg c cmem).hasDerivAt this)
state_before: case right
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
cmem' : c ∈ Ioo a b
this : Icc a b ∈ 𝓝 c
⊢ f' c - m = 0
state_after: no goals

tactic: exact (lt_asymm hma hmb).elim
state_before: case inl
a : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
m : ℝ
hma : f' a < m
hab : a ≤ a
hf : ∀ x ∈ Icc a a, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a a) x
hmb : m < f' a
⊢ m ∈ f' '' Ioo a a
state_after: no goals

tactic: intro x hx
state_before: a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
⊢ ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
state_after: a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
x : ℝ
hx : x ∈ Icc a b
⊢ HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x

tactic: simpa using (hf x hx).sub ((hasDerivWithinAt_id x _).const_mul m)
state_before: a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
x : ℝ
hx : x ∈ Icc a b
⊢ HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
state_after: no goals

tactic: rcases cmem.1.eq_or_lt with (rfl | hac)
state_before: a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
⊢ c ∈ Ioo a b
state_after: case inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : a ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) a
⊢ a ∈ Ioo a b

case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
hac : a < c
⊢ c ∈ Ioo a b

tactic: rcases cmem.2.eq_or_gt with (rfl | hcb)
state_before: case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
hac : a < c
⊢ c ∈ Ioo a b
state_after: case inr.inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : b ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) b
hac : a < b
⊢ b ∈ Ioo a b

case inr.inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
hac : a < c
hcb : c < b
⊢ c ∈ Ioo a b

tactic: exact ⟨hac, hcb⟩
state_before: case inr.inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
hac : a < c
hcb : c < b
⊢ c ∈ Ioo a b
state_after: no goals

tactic: refine absurd (sub_nonneg.1 <| nonneg_of_mul_nonneg_right ?_ (sub_pos.2 hab'))
  (not_le_of_lt hma)
state_before: case inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : a ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) a
⊢ a ∈ Ioo a b
state_after: case inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : a ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) a
⊢ 0 ≤ (b - a) * (f' a - m)

tactic: have : b - a ∈ posTangentConeAt (Icc a b) a :=
  mem_posTangentConeAt_of_segment_subset (segment_eq_Icc hab ▸ Subset.refl _)
state_before: case inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : a ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) a
⊢ 0 ≤ (b - a) * (f' a - m)
state_after: case inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : a ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) a
this : b - a ∈ posTangentConeAt (Icc a b) a
⊢ 0 ≤ (b - a) * (f' a - m)

tactic: simpa only [ContinuousLinearMap.smulRight_apply, ContinuousLinearMap.one_apply]
  using hc.localize.hasFDerivWithinAt_nonneg (hg a (left_mem_Icc.2 hab)) this
state_before: case inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : a ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) a
this : b - a ∈ posTangentConeAt (Icc a b) a
⊢ 0 ≤ (b - a) * (f' a - m)
state_after: no goals

tactic: refine absurd (sub_nonpos.1 <| nonpos_of_mul_nonneg_right ?_ (sub_lt_zero.2 hab'))
  (not_le_of_lt hmb)
state_before: case inr.inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : b ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) b
hac : a < b
⊢ b ∈ Ioo a b
state_after: case inr.inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : b ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) b
hac : a < b
⊢ 0 ≤ (a - b) * (f' b - m)

tactic: have : a - b ∈ posTangentConeAt (Icc a b) b :=
  mem_posTangentConeAt_of_segment_subset (by rw [segment_symm, segment_eq_Icc hab])
state_before: case inr.inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : b ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) b
hac : a < b
⊢ 0 ≤ (a - b) * (f' b - m)
state_after: case inr.inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : b ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) b
hac : a < b
this : a - b ∈ posTangentConeAt (Icc a b) b
⊢ 0 ≤ (a - b) * (f' b - m)

tactic: simpa only [ContinuousLinearMap.smulRight_apply, ContinuousLinearMap.one_apply]
  using hc.localize.hasFDerivWithinAt_nonneg (hg b (right_mem_Icc.2 hab)) this
state_before: case inr.inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : b ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) b
hac : a < b
this : a - b ∈ posTangentConeAt (Icc a b) b
⊢ 0 ≤ (a - b) * (f' b - m)
state_after: no goals

tactic: rw [segment_symm, segment_eq_Icc hab]
state_before: a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : b ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) b
hac : a < b
⊢ segment ℝ b a ⊆ Icc a b
state_after: no goals

tactic: rwa [← mem_interior_iff_mem_nhds, interior_Icc]
state_before: a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
cmem' : c ∈ Ioo a b
⊢ Icc a b ∈ 𝓝 c
state_after: no goals