-- Mathlib/Analysis/SpecialFunctions/Trigonometric/Bounds.lean
theorem cos_lt_one_div_sqrt_sq_add_one {x : ℝ} (hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x) (hx2 : x ≤ 3 * π / 2)
    (hx3 : x ≠ 0) : cos x < (1 / √(x ^ 2 + 1) : ℝ)

Proof state:
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
this : ∀ {y : ℝ}, 0 < y → y ≤ 3 * π / 2 → cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)
h✝ : x < 0
⊢ 0 < -x

Tactic:
linarith

Result:
no goals

Proof state:
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
⊢ cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)

Tactic:
rcases lt_or_le y (π / 2) with (hy2' | hy1')

Result:
case inl
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
hy2' : y < π / 2
⊢ cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)

case inr
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
hy1' : π / 2 ≤ y
⊢ cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)

Proof state:
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
hy2' : y < π / 2
⊢ -(π / 2) < y

Tactic:
linarith

Result:
no goals

Proof state:
case inl
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
hy2' : y < π / 2
hy4 : 0 < cos y
⊢ cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)

Tactic:
rw [← abs_of_nonneg (cos_nonneg_of_mem_Icc ⟨by linarith, hy2'.le⟩), ←
  abs_of_nonneg (one_div_nonneg.mpr (sqrt_nonneg _)), ← sq_lt_sq, div_pow, one_pow,
  sq_sqrt hy3.le, lt_one_div (pow_pos hy4 _) hy3, ← inv_one_add_tan_sq hy4.ne', one_div,
  inv_inv, add_comm, add_lt_add_iff_left, sq_lt_sq, abs_of_pos hy1,
  abs_of_nonneg (tan_nonneg_of_nonneg_of_le_pi_div_two hy1.le hy2'.le)]

Result:
case inl
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
hy2' : y < π / 2
hy4 : 0 < cos y
⊢ y < tan y

Proof state:
case inl
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
hy2' : y < π / 2
hy4 : 0 < cos y
⊢ y < tan y

Tactic:
exact Real.lt_tan hy1 hy2'

Result:
no goals

Proof state:
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
⊢ 0 < y ^ 2 + 1

Tactic:
linarith [sq_nonneg y]

Result:
no goals

Proof state:
case inr
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
this : ∀ {y : ℝ}, 0 < y → y ≤ 3 * π / 2 → cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)
h✝ : x < 0
⊢ cos x < 1 / √(x ^ 2 + 1)

Tactic:
convert this (by linarith : 0 < -x) (by linarith) using 1

Result:
case h.e'_3
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
this : ∀ {y : ℝ}, 0 < y → y ≤ 3 * π / 2 → cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)
h✝ : x < 0
⊢ cos x = cos (-x)

case h.e'_4
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
this : ∀ {y : ℝ}, 0 < y → y ≤ 3 * π / 2 → cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)
h✝ : x < 0
⊢ 1 / √(x ^ 2 + 1) = 1 / √((-x) ^ 2 + 1)

Proof state:
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
hy2' : y < π / 2
hy4 : 0 < cos y
⊢ -(π / 2) ≤ y

Tactic:
linarith

Result:
no goals

Proof state:
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
this : ∀ {y : ℝ}, 0 < y → y ≤ 3 * π / 2 → cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)
⊢ cos x < 1 / √(x ^ 2 + 1)

Tactic:
rcases lt_or_lt_iff_ne.mpr hx3.symm with ⟨h⟩

Result:
case inl
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
this : ∀ {y : ℝ}, 0 < y → y ≤ 3 * π / 2 → cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)
h : 0 < x
⊢ cos x < 1 / √(x ^ 2 + 1)

case inr
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
this : ∀ {y : ℝ}, 0 < y → y ≤ 3 * π / 2 → cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)
h✝ : x < 0
⊢ cos x < 1 / √(x ^ 2 + 1)

Proof state:
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
⊢ cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)

Tactic:
have hy3 : ↑0 < y ^ 2 + 1 := by linarith [sq_nonneg y]

Result:
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
⊢ cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)

Proof state:
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
hy1' : π / 2 ≤ y
⊢ y ≤ π + π / 2

Tactic:
linarith [pi_pos]

Result:
no goals

Proof state:
case inr
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
hy1' : π / 2 ≤ y
⊢ cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)

Tactic:
refine lt_of_le_of_lt ?_ (one_div_pos.mpr <| sqrt_pos_of_pos hy3)

Result:
case inr
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
hy1' : π / 2 ≤ y
⊢ cos y ≤ 0

Proof state:
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
this : ∀ {y : ℝ}, 0 < y → y ≤ 3 * π / 2 → cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)
h✝ : x < 0
⊢ -x ≤ 3 * π / 2

Tactic:
linarith

Result:
no goals

Proof state:
case h.e'_3
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
this : ∀ {y : ℝ}, 0 < y → y ≤ 3 * π / 2 → cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)
h✝ : x < 0
⊢ cos x = cos (-x)

Tactic:
rw [cos_neg]

Result:
no goals

Proof state:
case h.e'_4
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
this : ∀ {y : ℝ}, 0 < y → y ≤ 3 * π / 2 → cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)
h✝ : x < 0
⊢ 1 / √(x ^ 2 + 1) = 1 / √((-x) ^ 2 + 1)

Tactic:
rw [neg_sq]

Result:
no goals

Proof state:
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
⊢ ∀ {y : ℝ}, 0 < y → y ≤ 3 * π / 2 → cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)

Tactic:
intro y hy1 hy2

Result:
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
⊢ cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)

Proof state:
case inr
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
hy1' : π / 2 ≤ y
⊢ cos y ≤ 0

Tactic:
exact cos_nonpos_of_pi_div_two_le_of_le hy1' (by linarith [pi_pos])

Result:
no goals

Proof state:
case inl
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
this : ∀ {y : ℝ}, 0 < y → y ≤ 3 * π / 2 → cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)
h : 0 < x
⊢ cos x < 1 / √(x ^ 2 + 1)

Tactic:
exact this h hx2

Result:
no goals

Proof state:
case inl
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
hy2' : y < π / 2
⊢ cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)

Tactic:
have hy4 : 0 < cos y := cos_pos_of_mem_Ioo ⟨by linarith, hy2'⟩

Result:
case inl
x : ℝ
hx1 : -(3 * π / 2) ≤ x
hx2 : x ≤ 3 * π / 2
hx3 : x ≠ 0
y : ℝ
hy1 : 0 < y
hy2 : y ≤ 3 * π / 2
hy3 : 0 < y ^ 2 + 1
hy2' : y < π / 2
hy4 : 0 < cos y
⊢ cos y < 1 / √(y ^ 2 + 1)