-- Mathlib/Computability/TMConfig.lean
theorem cont_eval_fix {f k v} (fok : Code.Ok f) :
    Turing.eval step (stepNormal f (Cont.fix f k) v) =
      f.fix.eval v >>= fun v => Turing.eval step (Cfg.ret k v)

Proof state:
case pos
f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x c : Cfg
he✝ : x ∈ eval step c
v v' : List ℕ
IH :
  ∀ (a' : Cfg),
    step (stepRet (Cont.fix f k) v') = some a' →
      ∀ (v : List ℕ) (c' : Cfg),
        a' = c'.then (Cont.fix f k) →
          Reaches step (stepNormal f Cont.halt v) c' →
            ∃ v₁ ∈ f.eval v,
              ∃ v₂ ∈ if v₁.headI = 0 then pure v₁.tail else f.fix.eval v₁.tail, x ∈ eval step (Cfg.ret k v₂)
hr : Reaches step (stepNormal f Cont.halt v) (Cfg.halt v')
h₁ : v' ∈ f.eval v
h₂✝ : Cfg.halt v' ∈ eval step (Cfg.ret Cont.halt v')
h₂ : Cfg.halt v' ∈ eval step (stepRet Cont.halt v')
he : v'.headI = 0
h : x ∈ eval step (stepRet k v'.tail)
⊢ x ∈ eval step (Cfg.ret k v'.tail)

Tactic:
rw [reaches_eval]

Result:
case pos
f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x c : Cfg
he✝ : x ∈ eval step c
v v' : List ℕ
IH :
  ∀ (a' : Cfg),
    step (stepRet (Cont.fix f k) v') = some a' →
      ∀ (v : List ℕ) (c' : Cfg),
        a' = c'.then (Cont.fix f k) →
          Reaches step (stepNormal f Cont.halt v) c' →
            ∃ v₁ ∈ f.eval v,
              ∃ v₂ ∈ if v₁.headI = 0 then pure v₁.tail else f.fix.eval v₁.tail, x ∈ eval step (Cfg.ret k v₂)
hr : Reaches step (stepNormal f Cont.halt v) (Cfg.halt v')
h₁ : v' ∈ f.eval v
h₂✝ : Cfg.halt v' ∈ eval step (Cfg.ret Cont.halt v')
h₂ : Cfg.halt v' ∈ eval step (stepRet Cont.halt v')
he : v'.headI = 0
h : x ∈ eval step (stepRet k v'.tail)
⊢ x ∈ eval step ?m.136267

case pos
f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x c : Cfg
he✝ : x ∈ eval step c
v v' : List ℕ
IH :
  ∀ (a' : Cfg),
    step (stepRet (Cont.fix f k) v') = some a' →
      ∀ (v : List ℕ) (c' : Cfg),
        a' = c'.then (Cont.fix f k) →
          Reaches step (stepNormal f Cont.halt v) c' →
            ∃ v₁ ∈ f.eval v,
              ∃ v₂ ∈ if v₁.headI = 0 then pure v₁.tail else f.fix.eval v₁.tail, x ∈ eval step (Cfg.ret k v₂)
hr : Reaches step (stepNormal f Cont.halt v) (Cfg.halt v')
h₁ : v' ∈ f.eval v
h₂✝ : Cfg.halt v' ∈ eval step (Cfg.ret Cont.halt v')
h₂ : Cfg.halt v' ∈ eval step (stepRet Cont.halt v')
he : v'.headI = 0
h : x ∈ eval step (stepRet k v'.tail)
⊢ Reaches step (Cfg.ret k v'.tail) ?m.136267

f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x c : Cfg
he✝ : x ∈ eval step c
v v' : List ℕ
IH :
  ∀ (a' : Cfg),
    step (stepRet (Cont.fix f k) v') = some a' →
      ∀ (v : List ℕ) (c' : Cfg),
        a' = c'.then (Cont.fix f k) →
          Reaches step (stepNormal f Cont.halt v) c' →
            ∃ v₁ ∈ f.eval v,
              ∃ v₂ ∈ if v₁.headI = 0 then pure v₁.tail else f.fix.eval v₁.tail, x ∈ eval step (Cfg.ret k v₂)
hr : Reaches step (stepNormal f Cont.halt v) (Cfg.halt v')
h₁ : v' ∈ f.eval v
h₂✝ : Cfg.halt v' ∈ eval step (Cfg.ret Cont.halt v')
h₂ : Cfg.halt v' ∈ eval step (stepRet Cont.halt v')
he : v'.headI = 0
h : x ∈ eval step (stepRet k v'.tail)
⊢ Cfg

Proof state:
case neg.intro.intro
f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x c : Cfg
he✝ : x ∈ eval step c
v v' : List ℕ
IH :
  ∀ (a' : Cfg),
    step (stepRet (Cont.fix f k) v') = some a' →
      ∀ (v : List ℕ) (c' : Cfg),
        a' = c'.then (Cont.fix f k) →
          Reaches step (stepNormal f Cont.halt v) c' →
            ∃ v₁ ∈ f.eval v,
              ∃ v₂ ∈ if v₁.headI = 0 then pure v₁.tail else f.fix.eval v₁.tail, x ∈ eval step (Cfg.ret k v₂)
hr : Reaches step (stepNormal f Cont.halt v) (Cfg.halt v')
h₁ : v' ∈ f.eval v
h₂✝ : Cfg.halt v' ∈ eval step (Cfg.ret Cont.halt v')
h₂ : Cfg.halt v' ∈ eval step (stepRet Cont.halt v')
he : ¬v'.headI = 0
h : x ∈ eval step (stepNormal f (Cont.fix f k) v'.tail)
k₀ : Cont
v₀ : List ℕ
e₀ : stepNormal f Cont.halt v'.tail = Cfg.ret k₀ v₀
⊢ ∃ v₂ ∈ f.fix.eval v'.tail, x ∈ eval step (Cfg.ret k v₂)

Tactic:
have e₁ := stepNormal_then f Cont.halt (Cont.fix f k) v'.tail

Result:
case neg.intro.intro
f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x c : Cfg
he✝ : x ∈ eval step c
v v' : List ℕ
IH :
  ∀ (a' : Cfg),
    step (stepRet (Cont.fix f k) v') = some a' →
      ∀ (v : List ℕ) (c' : Cfg),
        a' = c'.then (Cont.fix f k) →
          Reaches step (stepNormal f Cont.halt v) c' →
            ∃ v₁ ∈ f.eval v,
              ∃ v₂ ∈ if v₁.headI = 0 then pure v₁.tail else f.fix.eval v₁.tail, x ∈ eval step (Cfg.ret k v₂)
hr : Reaches step (stepNormal f Cont.halt v) (Cfg.halt v')
h₁ : v' ∈ f.eval v
h₂✝ : Cfg.halt v' ∈ eval step (Cfg.ret Cont.halt v')
h₂ : Cfg.halt v' ∈ eval step (stepRet Cont.halt v')
he : ¬v'.headI = 0
h : x ∈ eval step (stepNormal f (Cont.fix f k) v'.tail)
k₀ : Cont
v₀ : List ℕ
e₀ : stepNormal f Cont.halt v'.tail = Cfg.ret k₀ v₀
e₁ : stepNormal f (Cont.halt.then (Cont.fix f k)) v'.tail = (stepNormal f Cont.halt v'.tail).then (Cont.fix f k)
⊢ ∃ v₂ ∈ f.fix.eval v'.tail, x ∈ eval step (Cfg.ret k v₂)

Proof state:
case mpr.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro
f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x : Cfg
v' : List ℕ
he✝ : v' ∈ f.fix.eval v✝
hr✝ : x ∈ eval step (Cfg.ret k v')
hr : x ∈ eval step (stepRet k v')
v : List ℕ
he : v' ∈ f.fix.eval v
IH :
  ∀ (a'' : List ℕ),
    Sum.inr a'' ∈ Part.map (fun v => if v.headI = 0 then Sum.inl v.tail else Sum.inr v.tail) (f.eval v) →
      x ∈ eval step (stepNormal f (Cont.fix f k) a'')
v'' : List ℕ
he₁' : Sum.inr v'' ∈ Part.map (fun v => if v.headI = 0 then Sum.inl v.tail else Sum.inr v.tail) (f.eval v)
right✝ :
  v' ∈ PFun.fix (fun v => Part.map (fun v => if v.headI = 0 then Sum.inl v.tail else Sum.inr v.tail) (f.eval v)) v''
v₁ : List ℕ
he₁ : v₁ ∈ f.eval v
he₂ : (if v₁.headI = 0 then Sum.inl v₁.tail else Sum.inr v₁.tail) = Sum.inr v''
⊢ ∃ a ∈ f.eval v, x ∈ eval step (Cfg.ret (Cont.fix f k) a)

Tactic:
split_ifs at he₂ with h

Result:
case neg
f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x : Cfg
v' : List ℕ
he✝ : v' ∈ f.fix.eval v✝
hr✝ : x ∈ eval step (Cfg.ret k v')
hr : x ∈ eval step (stepRet k v')
v : List ℕ
he : v' ∈ f.fix.eval v
IH :
  ∀ (a'' : List ℕ),
    Sum.inr a'' ∈ Part.map (fun v => if v.headI = 0 then Sum.inl v.tail else Sum.inr v.tail) (f.eval v) →
      x ∈ eval step (stepNormal f (Cont.fix f k) a'')
v'' : List ℕ
he₁' : Sum.inr v'' ∈ Part.map (fun v => if v.headI = 0 then Sum.inl v.tail else Sum.inr v.tail) (f.eval v)
right✝ :
  v' ∈ PFun.fix (fun v => Part.map (fun v => if v.headI = 0 then Sum.inl v.tail else Sum.inr v.tail) (f.eval v)) v''
v₁ : List ℕ
he₁ : v₁ ∈ f.eval v
h : ¬v₁.headI = 0
he₂ : Sum.inr v₁.tail = Sum.inr v''
⊢ ∃ a ∈ f.eval v, x ∈ eval step (Cfg.ret (Cont.fix f k) a)

Proof state:
case mpr.intro.intro
f : Code
k : Cont
v : List ℕ
fok : f.Ok
x : Cfg
v' : List ℕ
he : v' ∈ f.fix.eval v
hr : x ∈ eval step (Cfg.ret k v')
⊢ x ∈ eval step (stepNormal f (Cont.fix f k) v)

Tactic:
rw [reaches_eval] at hr

Result:
case mpr.intro.intro
f : Code
k : Cont
v : List ℕ
fok : f.Ok
x : Cfg
v' : List ℕ
he : v' ∈ f.fix.eval v
hr✝ : x ∈ eval step (Cfg.ret k v')
hr : x ∈ eval step ?m.138575
⊢ x ∈ eval step (stepNormal f (Cont.fix f k) v)

case mpr.intro.intro
f : Code
k : Cont
v : List ℕ
fok : f.Ok
x : Cfg
v' : List ℕ
he : v' ∈ f.fix.eval v
hr : x ∈ eval step (Cfg.ret k v')
⊢ Reaches step (Cfg.ret k v') ?m.138575

f : Code
k : Cont
v : List ℕ
fok : f.Ok
x : Cfg
v' : List ℕ
he : v' ∈ f.fix.eval v
hr : x ∈ eval step (Cfg.ret k v')
⊢ Cfg