-- Mathlib/MeasureTheory/Integral/Prod.lean
theorem integral_prod (f : α × β → E) (hf : Integrable f (μ.prod ν)) :
    ∫ z, f z ∂μ.prod ν = ∫ x, ∫ y, f (x, y) ∂ν ∂μ

Proof state:
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
f : α × β → E
hf : Integrable f (μ.prod ν)
⊢ ∫ (z : α × β), f z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), f (x, y) ∂ν ∂μ

Tactic:
by_cases hE : CompleteSpace E

Result:
case pos
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
f : α × β → E
hf : Integrable f (μ.prod ν)
hE : CompleteSpace E
⊢ ∫ (z : α × β), f z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), f (x, y) ∂ν ∂μ

case neg
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
f : α × β → E
hf : Integrable f (μ.prod ν)
hE : ¬CompleteSpace E
⊢ ∫ (z : α × β), f z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), f (x, y) ∂ν ∂μ

Proof state:
case pos
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
f : α × β → E
hf : Integrable f (μ.prod ν)
hE : CompleteSpace E
⊢ ∫ (z : α × β), f z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), f (x, y) ∂ν ∂μ

Tactic:
revert f

Result:
case pos
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
hE : CompleteSpace E
⊢ ∀ (f : α × β → E), Integrable f (μ.prod ν) → ∫ (z : α × β), f z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), f (x, y) ∂ν ∂μ

Proof state:
case pos
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
hE : CompleteSpace E
⊢ ∀ (f : α × β → E), Integrable f (μ.prod ν) → ∫ (z : α × β), f z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), f (x, y) ∂ν ∂μ

Tactic:
apply Integrable.induction

Result:
case pos.h_ind
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
hE : CompleteSpace E
⊢ ∀ (c : E) ⦃s : Set (α × β)⦄,
    MeasurableSet s →
      (μ.prod ν) s < ⊤ →
        ∫ (z : α × β), s.indicator (fun x => c) z ∂μ.prod ν =
          ∫ (x : α), ∫ (y : β), s.indicator (fun x => c) (x, y) ∂ν ∂μ

case pos.h_add
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
hE : CompleteSpace E
⊢ ∀ ⦃f g : α × β → E⦄,
    Disjoint (support f) (support g) →
      Integrable f (μ.prod ν) →
        Integrable g (μ.prod ν) →
          ∫ (z : α × β), f z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), f (x, y) ∂ν ∂μ →
            ∫ (z : α × β), g z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), g (x, y) ∂ν ∂μ →
              ∫ (z : α × β), (f + g) z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), (f + g) (x, y) ∂ν ∂μ

case pos.h_closed
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
hE : CompleteSpace E
⊢ IsClosed {f | ∫ (z : α × β), ↑↑f z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), ↑↑f (x, y) ∂ν ∂μ}

case pos.h_ae
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
hE : CompleteSpace E
⊢ ∀ ⦃f g : α × β → E⦄,
    f =ᶠ[ae (μ.prod ν)] g →
      Integrable f (μ.prod ν) →
        ∫ (z : α × β), f z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), f (x, y) ∂ν ∂μ →
          ∫ (z : α × β), g z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), g (x, y) ∂ν ∂μ

Proof state:
case h.e'_3.h
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
hE : CompleteSpace E
f g : α × β → E
hfg : f =ᶠ[ae (μ.prod ν)] g
hf : ∫ (z : α × β), f z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), f (x, y) ∂ν ∂μ
⊢ (fun a => ∫ (y : β), g (a, y) ∂ν) =ᶠ[ae μ] fun a => ∫ (y : β), f (a, y) ∂ν

Tactic:
filter_upwards [ae_ae_of_ae_prod hfg] with x hfgx using integral_congr_ae (ae_eq_symm hfgx)

Result:
no goals

Proof state:
case pos.h_closed
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
hE : CompleteSpace E
⊢ IsClosed {f | ∫ (z : α × β), ↑↑f z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), ↑↑f (x, y) ∂ν ∂μ}

Tactic:
exact isClosed_eq continuous_integral continuous_integral_integral

Result:
no goals

Proof state:
case neg
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
f : α × β → E
hf : Integrable f (μ.prod ν)
hE : ¬CompleteSpace E
⊢ ∫ (z : α × β), f z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), f (x, y) ∂ν ∂μ

Tactic:
simp only [integral, dif_neg hE]

Result:
no goals

Proof state:
case pos.h_ind
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
hE : CompleteSpace E
⊢ ∀ (c : E) ⦃s : Set (α × β)⦄,
    MeasurableSet s →
      (μ.prod ν) s < ⊤ →
        ∫ (z : α × β), s.indicator (fun x => c) z ∂μ.prod ν =
          ∫ (x : α), ∫ (y : β), s.indicator (fun x => c) (x, y) ∂ν ∂μ

Tactic:
intro c s hs h2s

Result:
case pos.h_ind
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
hE : CompleteSpace E
c : E
s : Set (α × β)
hs : MeasurableSet s
h2s : (μ.prod ν) s < ⊤
⊢ ∫ (z : α × β), s.indicator (fun x => c) z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), s.indicator (fun x => c) (x, y) ∂ν ∂μ

Proof state:
case pos.h_ind
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
hE : CompleteSpace E
c : E
s : Set (α × β)
hs : MeasurableSet s
h2s : (μ.prod ν) s < ⊤
⊢ ∫ (z : α × β), s.indicator (fun x => c) z ∂μ.prod ν = ∫ (x : α), ∫ (y : β), s.indicator (fun x => c) (x, y) ∂ν ∂μ

Tactic:
simp_rw [integral_indicator hs, ← indicator_comp_right, Function.comp_def,
  integral_indicator (measurable_prod_mk_left hs), setIntegral_const, integral_smul_const,
  integral_toReal (measurable_measure_prod_mk_left hs).aemeasurable
    (ae_measure_lt_top hs h2s.ne)]

Result:
case pos.h_ind
α : Type u_1
β : Type u_2
E : Type u_3
inst✝⁵ : MeasurableSpace α
inst✝⁴ : MeasurableSpace β
μ : Measure α
ν : Measure β
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : SFinite ν
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : SFinite μ
hE : CompleteSpace E
c : E
s : Set (α × β)
hs : MeasurableSet s
h2s : (μ.prod ν) s < ⊤
⊢ ((μ.prod ν) s).toReal • c = (∫⁻ (a : α), ν (Prod.mk a ⁻¹' s) ∂μ).toReal • c