-- Mathlib/NumberTheory/DiophantineApproximation/Basic.lean
theorem exists_rat_eq_convergent' {v : ℕ} (h : ContfracLegendre.Ass ξ u v) :
    ∃ n, (u / v : ℚ) = ξ.convergent n

Proof state:
case h.inr.inr.intro
v : ℕ
ih : ∀ m < v, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
ξ : ℝ
u : ℤ
h : ContfracLegendre.Ass ξ u ↑v
ht : 1 < v
huv₀ : 0 < u - ⌊ξ⌋ * ↑v
huv₁ : u - ⌊ξ⌋ * ↑v < ↑v
Hv : ↑v ≠ 0
⊢ ∃ n, ↑u / ↑v = ξ.convergent n

Tactic:
have huv₁' : (u - ⌊ξ⌋ * v).toNat < v := by zify; rwa [toNat_of_nonneg huv₀.le]

Result:
case h.inr.inr.intro
v : ℕ
ih : ∀ m < v, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
ξ : ℝ
u : ℤ
h : ContfracLegendre.Ass ξ u ↑v
ht : 1 < v
huv₀ : 0 < u - ⌊ξ⌋ * ↑v
huv₁ : u - ⌊ξ⌋ * ↑v < ↑v
Hv : ↑v ≠ 0
huv₁' : (u - ⌊ξ⌋ * ↑v).toNat < v
⊢ ∃ n, ↑u / ↑v = ξ.convergent n

Proof state:
case h.inr.inl
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
h : ContfracLegendre.Ass ξ u ↑1
⊢ ∃ n, ↑u = ξ.convergent n

Tactic:
obtain ⟨_, h₁, h₂⟩ := h

Result:
case h.inr.inl.intro.intro
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₁ : ↑1 = 1 → -(1 / 2) < ξ - ↑u
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
⊢ ∃ n, ↑u = ξ.convergent n

Proof state:
case h.inr.inl.intro.intro
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₁ : ↑1 = 1 → -(1 / 2) < ξ - ↑u
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
⊢ ∃ n, ↑u = ξ.convergent n

Tactic:
rcases le_or_lt (u : ℝ) ξ with ht | ht

Result:
case h.inr.inl.intro.intro.inl
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₁ : ↑1 = 1 → -(1 / 2) < ξ - ↑u
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ↑u ≤ ξ
⊢ ∃ n, ↑u = ξ.convergent n

case h.inr.inl.intro.intro.inr
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₁ : ↑1 = 1 → -(1 / 2) < ξ - ↑u
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
⊢ ∃ n, ↑u = ξ.convergent n

Proof state:
case h.inr.inl.intro.intro.inr.inl
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
h₁ : ↑u + -(1 / 2) < ξ
hξ₁ : ⌊ξ⌋ = u - 1
Hξ : ξ = ↑⌊ξ⌋
⊢ ∃ n, ↑u = ξ.convergent n

Tactic:
rw [Hξ, hξ₁, cast_sub, cast_one, ← sub_eq_add_neg, sub_lt_sub_iff_left] at h₁

Result:
case h.inr.inl.intro.intro.inr.inl
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
h₁ : 1 < 1 / 2
hξ₁ : ⌊ξ⌋ = u - 1
Hξ : ξ = ↑⌊ξ⌋
⊢ ∃ n, ↑u = ξ.convergent n

Proof state:
case h.e'_3
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
h₁ : ↑u + -(1 / 2) < ξ
hξ₁ : ⌊ξ⌋ = u - 1
Hξ : ξ ≠ ↑⌊ξ⌋
⊢ ↑u + -(1 - 2⁻¹) = ↑u + -(1 / 2)

Tactic:
norm_num

Result:
no goals

Proof state:
case h.inr.inl
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
h : ContfracLegendre.Ass ξ u ↑1
⊢ ∃ n, ↑u / ↑1 = ξ.convergent n

Tactic:
rw [Nat.cast_one, div_one]

Result:
case h.inr.inl
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
h : ContfracLegendre.Ass ξ u ↑1
⊢ ∃ n, ↑u = ξ.convergent n

Proof state:
case h.inr.inl.intro.intro.inr
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
h₁ : ↑u + -(1 / 2) < ξ
hξ₁ : ⌊ξ⌋ = u - 1
⊢ ∃ n, ↑u = ξ.convergent n

Tactic:
rcases eq_or_ne ξ ⌊ξ⌋ with Hξ | Hξ

Result:
case h.inr.inl.intro.intro.inr.inl
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
h₁ : ↑u + -(1 / 2) < ξ
hξ₁ : ⌊ξ⌋ = u - 1
Hξ : ξ = ↑⌊ξ⌋
⊢ ∃ n, ↑u = ξ.convergent n

case h.inr.inl.intro.intro.inr.inr
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
h₁ : ↑u + -(1 / 2) < ξ
hξ₁ : ⌊ξ⌋ = u - 1
Hξ : ξ ≠ ↑⌊ξ⌋
⊢ ∃ n, ↑u = ξ.convergent n

Proof state:
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
h₁ : ↑u + -(1 / 2) < ξ
hξ₁ : ⌊ξ⌋ = u - 1
Hξ : ξ ≠ ↑⌊ξ⌋
⊢ fract ξ ≤ 1 ∧ 2⁻¹ < fract ξ

Tactic:
refine ⟨(fract_lt_one ξ).le, ?_⟩

Result:
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
h₁ : ↑u + -(1 / 2) < ξ
hξ₁ : ⌊ξ⌋ = u - 1
Hξ : ξ ≠ ↑⌊ξ⌋
⊢ 2⁻¹ < fract ξ

Proof state:
case h
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₁ : ↑1 = 1 → -(1 / 2) < ξ - ↑u
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ↑u ≤ ξ
⊢ ↑u ≤ ξ ∧ ξ < ↑u + 1

Tactic:
convert And.intro ht (sub_lt_iff_lt_add'.mp (abs_lt.mp h₂).2) <;> norm_num

Result:
no goals

Proof state:
case h.e'_3
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
h₁ : ↑u + -(1 / 2) < ξ
hξ₁ : ⌊ξ⌋ = u - 1
Hξ : ξ ≠ ↑⌊ξ⌋
⊢ ↑u - (1 - 2⁻¹) = ↑u + -(1 / 2)

Tactic:
rw [sub_eq_add_neg]

Result:
case h.e'_3
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
h₁ : ↑u + -(1 / 2) < ξ
hξ₁ : ⌊ξ⌋ = u - 1
Hξ : ξ ≠ ↑⌊ξ⌋
⊢ ↑u + -(1 - 2⁻¹) = ↑u + -(1 / 2)

Proof state:
case h.inr.inl.intro.intro.inr
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
h₁ : ↑u + -(1 / 2) < ξ
⊢ ∃ n, ↑u = ξ.convergent n

Tactic:
have hξ₁ : ⌊ξ⌋ = u - 1 := by
  rw [floor_eq_iff, cast_sub, cast_one, sub_add_cancel]
  exact ⟨(((sub_lt_sub_iff_left _).mpr one_half_lt_one).trans h₁).le, ht⟩

Result:
case h.inr.inl.intro.intro.inr
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
h₁ : ↑u + -(1 / 2) < ξ
hξ₁ : ⌊ξ⌋ = u - 1
⊢ ∃ n, ↑u = ξ.convergent n

Proof state:
case h
ξ : ℝ
u : ℤ
ih : ∀ m < 1, ∀ {ξ : ℝ} {u : ℤ}, ContfracLegendre.Ass ξ u ↑m → ∃ n, ↑u / ↑m = ξ.convergent n
left✝ : IsCoprime u ↑1
h₂ : |ξ - ↑u / ↑↑1| < (↑↑1 * (2 * ↑↑1 - 1))⁻¹
ht : ξ < ↑u
h₁ : ↑u + -(1 / 2) < ξ
hξ₁ : ⌊ξ⌋ = u - 1
Hξ : ξ ≠ ↑⌊ξ⌋
hξ₂ : ⌊(fract ξ)⁻¹⌋ = 1
⊢ ↑u = ξ.convergent 1

Tactic:
simp [convergent, hξ₁, hξ₂, cast_sub, cast_one]

Result:
no goals