Theorem: StrictMonoOn.exists_slope_lt_deriv
File: Mathlib/Analysis/Convex/Deriv.lean

tactic: by_cases h : ∀ w ∈ Ioo x y, deriv f w ≠ 0
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
⊢ ∃ a ∈ Ioo x y, (f y - f x) / (y - x) < deriv f a
state_after: case pos
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
h : ∀ w ∈ Ioo x y, deriv f w ≠ 0
⊢ ∃ a ∈ Ioo x y, (f y - f x) / (y - x) < deriv f a

case neg
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
h : ¬∀ w ∈ Ioo x y, deriv f w ≠ 0
⊢ ∃ a ∈ Ioo x y, (f y - f x) / (y - x) < deriv f a

tactic: apply StrictMonoOn.exists_slope_lt_deriv_aux hf hxy hf'_mono h
state_before: case pos
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
h : ∀ w ∈ Ioo x y, deriv f w ≠ 0
⊢ ∃ a ∈ Ioo x y, (f y - f x) / (y - x) < deriv f a
state_after: no goals

tactic: push_neg at h
state_before: case neg
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
h : ¬∀ w ∈ Ioo x y, deriv f w ≠ 0
⊢ ∃ a ∈ Ioo x y, (f y - f x) / (y - x) < deriv f a
state_after: case neg
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
h : ∃ w ∈ Ioo x y, deriv f w = 0
⊢ ∃ a ∈ Ioo x y, (f y - f x) / (y - x) < deriv f a

tactic: rcases h with ⟨w, ⟨hxw, hwy⟩, hw⟩
state_before: case neg
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
h : ∃ w ∈ Ioo x y, deriv f w = 0
⊢ ∃ a ∈ Ioo x y, (f y - f x) / (y - x) < deriv f a
state_after: case neg.intro.intro.intro
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
⊢ ∃ a ∈ Ioo x y, (f y - f x) / (y - x) < deriv f a

tactic: refine ⟨b, ⟨hxw.trans hwb, hby⟩, ?_⟩
state_before: case neg.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
b : ℝ
hb : (f y - f w) / (y - w) < deriv f b
hwb : w < b
hby : b < y
⊢ ∃ a ∈ Ioo x y, (f y - f x) / (y - x) < deriv f a
state_after: case neg.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
b : ℝ
hb : (f y - f w) / (y - w) < deriv f b
hwb : w < b
hby : b < y
⊢ (f y - f x) / (y - x) < deriv f b

tactic: simp only [div_lt_iff, hxy, hxw, hwy, sub_pos] at ha hb ⊢
state_before: case neg.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
b : ℝ
hb : (f y - f w) / (y - w) < deriv f b
hwb : w < b
hby : b < y
⊢ (f y - f x) / (y - x) < deriv f b
state_after: case neg.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
hxa : x < a
haw : a < w
b : ℝ
hwb : w < b
hby : b < y
ha : f w - f x < deriv f a * (w - x)
hb : f y - f w < deriv f b * (y - w)
⊢ f y - f x < deriv f b * (y - x)

tactic: linarith
state_before: case neg.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
hxa : x < a
haw : a < w
b : ℝ
hwb : w < b
hby : b < y
ha : f w - f x < deriv f a * (w - x)
hb : f y - f w < deriv f b * (y - w)
this : deriv f a * (w - x) < deriv f b * (w - x)
⊢ f y - f x < deriv f b * (y - x)
state_after: no goals

tactic: apply StrictMonoOn.exists_slope_lt_deriv_aux _ hxw _ _
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
⊢ ∃ a ∈ Ioo x w, (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
state_after: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
⊢ ContinuousOn f (Icc x w)

x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
⊢ StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x w)

x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
⊢ ∀ w_1 ∈ Ioo x w, deriv f w_1 ≠ 0

tactic: exact hf.mono (Icc_subset_Icc le_rfl hwy.le)
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
⊢ ContinuousOn f (Icc x w)
state_after: no goals

tactic: exact hf'_mono.mono (Ioo_subset_Ioo le_rfl hwy.le)
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
⊢ StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x w)
state_after: no goals

tactic: intro z hz
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
⊢ ∀ w_1 ∈ Ioo x w, deriv f w_1 ≠ 0
state_after: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
z : ℝ
hz : z ∈ Ioo x w
⊢ deriv f z ≠ 0

tactic: rw [← hw]
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
z : ℝ
hz : z ∈ Ioo x w
⊢ deriv f z ≠ 0
state_after: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
z : ℝ
hz : z ∈ Ioo x w
⊢ deriv f z ≠ deriv f w

tactic: apply ne_of_lt
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
z : ℝ
hz : z ∈ Ioo x w
⊢ deriv f z ≠ deriv f w
state_after: case h
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
z : ℝ
hz : z ∈ Ioo x w
⊢ deriv f z < deriv f w

tactic: exact hf'_mono ⟨hz.1, hz.2.trans hwy⟩ ⟨hxw, hwy⟩ hz.2
state_before: case h
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
z : ℝ
hz : z ∈ Ioo x w
⊢ deriv f z < deriv f w
state_after: no goals

tactic: apply StrictMonoOn.exists_slope_lt_deriv_aux _ hwy _ _
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
⊢ ∃ b ∈ Ioo w y, (f y - f w) / (y - w) < deriv f b
state_after: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
⊢ ContinuousOn f (Icc w y)

x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
⊢ StrictMonoOn (deriv f) (Ioo w y)

x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
⊢ ∀ w_1 ∈ Ioo w y, deriv f w_1 ≠ 0

tactic: refine hf.mono (Icc_subset_Icc hxw.le le_rfl)
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
⊢ ContinuousOn f (Icc w y)
state_after: no goals

tactic: exact hf'_mono.mono (Ioo_subset_Ioo hxw.le le_rfl)
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
⊢ StrictMonoOn (deriv f) (Ioo w y)
state_after: no goals

tactic: intro z hz
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
⊢ ∀ w_1 ∈ Ioo w y, deriv f w_1 ≠ 0
state_after: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
z : ℝ
hz : z ∈ Ioo w y
⊢ deriv f z ≠ 0

tactic: rw [← hw]
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
z : ℝ
hz : z ∈ Ioo w y
⊢ deriv f z ≠ 0
state_after: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
z : ℝ
hz : z ∈ Ioo w y
⊢ deriv f z ≠ deriv f w

tactic: apply ne_of_gt
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
z : ℝ
hz : z ∈ Ioo w y
⊢ deriv f z ≠ deriv f w
state_after: case h
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
z : ℝ
hz : z ∈ Ioo w y
⊢ deriv f w < deriv f z

tactic: exact hf'_mono ⟨hxw, hwy⟩ ⟨hxw.trans hz.1, hz.2⟩ hz.1
state_before: case h
x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
ha : (f w - f x) / (w - x) < deriv f a
hxa : x < a
haw : a < w
z : ℝ
hz : z ∈ Ioo w y
⊢ deriv f w < deriv f z
state_after: no goals

tactic: apply mul_lt_mul _ le_rfl (sub_pos.2 hxw) _
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
hxa : x < a
haw : a < w
b : ℝ
hwb : w < b
hby : b < y
ha : f w - f x < deriv f a * (w - x)
hb : f y - f w < deriv f b * (y - w)
⊢ deriv f a * (w - x) < deriv f b * (w - x)
state_after: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
hxa : x < a
haw : a < w
b : ℝ
hwb : w < b
hby : b < y
ha : f w - f x < deriv f a * (w - x)
hb : f y - f w < deriv f b * (y - w)
⊢ deriv f a < deriv f b

x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
hxa : x < a
haw : a < w
b : ℝ
hwb : w < b
hby : b < y
ha : f w - f x < deriv f a * (w - x)
hb : f y - f w < deriv f b * (y - w)
⊢ 0 ≤ deriv f b

tactic: exact hf'_mono ⟨hxa, haw.trans hwy⟩ ⟨hxw.trans hwb, hby⟩ (haw.trans hwb)
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
hxa : x < a
haw : a < w
b : ℝ
hwb : w < b
hby : b < y
ha : f w - f x < deriv f a * (w - x)
hb : f y - f w < deriv f b * (y - w)
⊢ deriv f a < deriv f b
state_after: no goals

tactic: rw [← hw]
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
hxa : x < a
haw : a < w
b : ℝ
hwb : w < b
hby : b < y
ha : f w - f x < deriv f a * (w - x)
hb : f y - f w < deriv f b * (y - w)
⊢ 0 ≤ deriv f b
state_after: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
hxa : x < a
haw : a < w
b : ℝ
hwb : w < b
hby : b < y
ha : f w - f x < deriv f a * (w - x)
hb : f y - f w < deriv f b * (y - w)
⊢ deriv f w ≤ deriv f b

tactic: exact (hf'_mono ⟨hxw, hwy⟩ ⟨hxw.trans hwb, hby⟩ hwb).le
state_before: x y : ℝ
f : ℝ → ℝ
hf : ContinuousOn f (Icc x y)
hxy : x < y
hf'_mono : StrictMonoOn (deriv f) (Ioo x y)
w : ℝ
hw : deriv f w = 0
hxw : x < w
hwy : w < y
a : ℝ
hxa : x < a
haw : a < w
b : ℝ
hwb : w < b
hby : b < y
ha : f w - f x < deriv f a * (w - x)
hb : f y - f w < deriv f b * (y - w)
⊢ deriv f w ≤ deriv f b
state_after: no goals