-- Mathlib/Combinatorics/SimpleGraph/Regularity/Lemma.lean
theorem szemeredi_regularity (hε : 0 < ε) (hl : l ≤ card α) :
    ∃ P : Finpartition univ,
      P.IsEquipartition ∧ l ≤ #P.parts ∧ #P.parts ≤ bound ε l ∧ P.IsUniform G ε

Proof state:
case inr
α : Type u_1
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
G : SimpleGraph α
inst✝ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
l : ℕ
hε : 0 < ε
hl : l ≤ Fintype.card α
hα : bound ε l ≤ Fintype.card α
t : ℕ := initialBound ε l
htα : t ≤ #univ
⊢ ∃ P, P.IsEquipartition ∧ l ≤ #P.parts ∧ #P.parts ≤ bound ε l ∧ P.IsUniform G ε

Tactic:
obtain ⟨dum, hdum₁, hdum₂⟩ :=
  exists_equipartition_card_eq (univ : Finset α) (initialBound_pos _ _).ne' htα

Result:
case inr.intro.intro
α : Type u_1
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
G : SimpleGraph α
inst✝ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
l : ℕ
hε : 0 < ε
hl : l ≤ Fintype.card α
hα : bound ε l ≤ Fintype.card α
t : ℕ := initialBound ε l
htα : t ≤ #univ
dum : Finpartition univ
hdum₁ : dum.IsEquipartition
hdum₂ : #dum.parts = initialBound ε l
⊢ ∃ P, P.IsEquipartition ∧ l ≤ #P.parts ∧ #P.parts ≤ bound ε l ∧ P.IsUniform G ε

Proof state:
case neg.refine_1
α : Type u_1
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
G : SimpleGraph α
inst✝ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
l : ℕ
hε : 0 < ε
hl : l ≤ Fintype.card α
hα : bound ε l ≤ Fintype.card α
t : ℕ := initialBound ε l
htα : t ≤ #univ
dum : Finpartition univ
hdum₁ : dum.IsEquipartition
hdum₂ : #dum.parts = initialBound ε l
hε₁ : ε ≤ 1
this : Nonempty α
i : ℕ
P : Finpartition univ
hP₁ : P.IsEquipartition
hP₂ : t ≤ #P.parts
hP₃ : #P.parts ≤ stepBound^[i] t
huniform : ¬P.IsUniform G ε
hP₄ : ε ^ 5 / 4 * ↑i ≤ ↑(P.energy G)
hεl' : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
hi : ↑i ≤ 4 / ε ^ 5
hsize : #P.parts ≤ stepBound^[⌊4 / ε ^ 5⌋₊] t
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
⊢ t ≤ #(increment hP₁ G ε).parts

Tactic:
rw [card_increment hPα huniform]

Result:
case neg.refine_1
α : Type u_1
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
G : SimpleGraph α
inst✝ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
l : ℕ
hε : 0 < ε
hl : l ≤ Fintype.card α
hα : bound ε l ≤ Fintype.card α
t : ℕ := initialBound ε l
htα : t ≤ #univ
dum : Finpartition univ
hdum₁ : dum.IsEquipartition
hdum₂ : #dum.parts = initialBound ε l
hε₁ : ε ≤ 1
this : Nonempty α
i : ℕ
P : Finpartition univ
hP₁ : P.IsEquipartition
hP₂ : t ≤ #P.parts
hP₃ : #P.parts ≤ stepBound^[i] t
huniform : ¬P.IsUniform G ε
hP₄ : ε ^ 5 / 4 * ↑i ≤ ↑(P.energy G)
hεl' : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
hi : ↑i ≤ 4 / ε ^ 5
hsize : #P.parts ≤ stepBound^[⌊4 / ε ^ 5⌋₊] t
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
⊢ t ≤ stepBound #P.parts

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.refine_1
α : Type u_1
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
G : SimpleGraph α
inst✝ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
l : ℕ
hε : 0 < ε
hl : l ≤ Fintype.card α
hα : bound ε l ≤ Fintype.card α
t : ℕ := initialBound ε l
htα : t ≤ #univ
dum : Finpartition univ
hdum₁ : dum.IsEquipartition
hdum₂ : #dum.parts = initialBound ε l
hε₁ : ε ≤ 1
this : Nonempty α
h :
  ∀ (i : ℕ),
    ∃ P,
      P.IsEquipartition ∧ t ≤ #P.parts ∧ #P.parts ≤ stepBound^[i] t ∧ (P.IsUniform G ε ∨ ε ^ 5 / 4 * ↑i ≤ ↑(P.energy G))
P : Finpartition univ
hP₁ : P.IsEquipartition
hP₂ : t ≤ #P.parts
hP₃ : #P.parts ≤ stepBound^[⌊4 / ε ^ 5⌋₊ + 1] t
hP₄ : P.IsUniform G ε ∨ ε ^ 5 / 4 * ↑(⌊4 / ε ^ 5⌋₊ + 1) ≤ ↑(P.energy G)
⊢ stepBound^[⌊4 / ε ^ 5⌋₊ + 1] t ≤ bound ε l

Tactic:
rw [iterate_succ_apply', stepBound, bound]

Result:
case intro.intro.intro.intro.refine_1
α : Type u_1
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
G : SimpleGraph α
inst✝ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
l : ℕ
hε : 0 < ε
hl : l ≤ Fintype.card α
hα : bound ε l ≤ Fintype.card α
t : ℕ := initialBound ε l
htα : t ≤ #univ
dum : Finpartition univ
hdum₁ : dum.IsEquipartition
hdum₂ : #dum.parts = initialBound ε l
hε₁ : ε ≤ 1
this : Nonempty α
h :
  ∀ (i : ℕ),
    ∃ P,
      P.IsEquipartition ∧ t ≤ #P.parts ∧ #P.parts ≤ stepBound^[i] t ∧ (P.IsUniform G ε ∨ ε ^ 5 / 4 * ↑i ≤ ↑(P.energy G))
P : Finpartition univ
hP₁ : P.IsEquipartition
hP₂ : t ≤ #P.parts
hP₃ : #P.parts ≤ stepBound^[⌊4 / ε ^ 5⌋₊ + 1] t
hP₄ : P.IsUniform G ε ∨ ε ^ 5 / 4 * ↑(⌊4 / ε ^ 5⌋₊ + 1) ≤ ↑(P.energy G)
⊢ stepBound^[⌊4 / ε ^ 5⌋₊] t * 4 ^ stepBound^[⌊4 / ε ^ 5⌋₊] t ≤
    stepBound^[⌊4 / ε ^ 5⌋₊] (initialBound ε l) * 16 ^ stepBound^[⌊4 / ε ^ 5⌋₊] (initialBound ε l)

Proof state:
α : Type u_1
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
G : SimpleGraph α
inst✝ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
l : ℕ
hε : 0 < ε
hl : l ≤ Fintype.card α
hα : bound ε l ≤ Fintype.card α
t : ℕ := initialBound ε l
htα : t ≤ #univ
dum : Finpartition univ
hdum₁ : dum.IsEquipartition
hdum₂ : #dum.parts = initialBound ε l
hε₁ : ε ≤ 1
this : Nonempty α
i : ℕ
P : Finpartition univ
hP₁ : P.IsEquipartition
hP₂ : t ≤ #P.parts
hP₃ : #P.parts ≤ stepBound^[i] t
huniform : ¬P.IsUniform G ε
hP₄ : ε ^ 5 / 4 * ↑i ≤ ↑(P.energy G)
hεl' : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
⊢ ↑i ≤ 4 / ε ^ 5

Tactic:
have hi : ε ^ 5 / 4 * ↑i ≤ 1 := hP₄.trans (mod_cast P.energy_le_one G)

Result:
α : Type u_1
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
G : SimpleGraph α
inst✝ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
l : ℕ
hε : 0 < ε
hl : l ≤ Fintype.card α
hα : bound ε l ≤ Fintype.card α
t : ℕ := initialBound ε l
htα : t ≤ #univ
dum : Finpartition univ
hdum₁ : dum.IsEquipartition
hdum₂ : #dum.parts = initialBound ε l
hε₁ : ε ≤ 1
this : Nonempty α
i : ℕ
P : Finpartition univ
hP₁ : P.IsEquipartition
hP₂ : t ≤ #P.parts
hP₃ : #P.parts ≤ stepBound^[i] t
huniform : ¬P.IsUniform G ε
hP₄ : ε ^ 5 / 4 * ↑i ≤ ↑(P.energy G)
hεl' : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
hi : ε ^ 5 / 4 * ↑i ≤ 1
⊢ ↑i ≤ 4 / ε ^ 5

Proof state:
case inl
α : Type u_1
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
G : SimpleGraph α
inst✝ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
l : ℕ
hε : 0 < ε
hl : l ≤ Fintype.card α
hα : Fintype.card α ≤ bound ε l
⊢ l ≤ Fintype.card α ∧ Fintype.card α ≤ bound ε l ∧ ⊥.IsUniform G ε

Tactic:
exact ⟨hl, hα, bot_isUniform _ hε⟩

Result:
no goals

Proof state:
case inr.intro.intro.inr.succ
α : Type u_1
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
G : SimpleGraph α
inst✝ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
l : ℕ
hε : 0 < ε
hl : l ≤ Fintype.card α
hα : bound ε l ≤ Fintype.card α
t : ℕ := initialBound ε l
htα : t ≤ #univ
dum : Finpartition univ
hdum₁ : dum.IsEquipartition
hdum₂ : #dum.parts = initialBound ε l
hε₁ : ε ≤ 1
this : Nonempty α
i : ℕ
ih :
  ∃ P,
    P.IsEquipartition ∧ t ≤ #P.parts ∧ #P.parts ≤ stepBound^[i] t ∧ (P.IsUniform G ε ∨ ε ^ 5 / 4 * ↑i ≤ ↑(P.energy G))
⊢ ∃ P,
    P.IsEquipartition ∧
      t ≤ #P.parts ∧ #P.parts ≤ stepBound^[i + 1] t ∧ (P.IsUniform G ε ∨ ε ^ 5 / 4 * ↑(i + 1) ≤ ↑(P.energy G))

Tactic:
obtain ⟨P, hP₁, hP₂, hP₃, hP₄⟩ := ih

Result:
case inr.intro.intro.inr.succ.intro.intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
G : SimpleGraph α
inst✝ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
l : ℕ
hε : 0 < ε
hl : l ≤ Fintype.card α
hα : bound ε l ≤ Fintype.card α
t : ℕ := initialBound ε l
htα : t ≤ #univ
dum : Finpartition univ
hdum₁ : dum.IsEquipartition
hdum₂ : #dum.parts = initialBound ε l
hε₁ : ε ≤ 1
this : Nonempty α
i : ℕ
P : Finpartition univ
hP₁ : P.IsEquipartition
hP₂ : t ≤ #P.parts
hP₃ : #P.parts ≤ stepBound^[i] t
hP₄ : P.IsUniform G ε ∨ ε ^ 5 / 4 * ↑i ≤ ↑(P.energy G)
⊢ ∃ P,
    P.IsEquipartition ∧
      t ≤ #P.parts ∧ #P.parts ≤ stepBound^[i + 1] t ∧ (P.IsUniform G ε ∨ ε ^ 5 / 4 * ↑(i + 1) ≤ ↑(P.energy G))