-- Mathlib/MeasureTheory/Integral/VitaliCaratheodory.lean
theorem exists_lt_lowerSemicontinuous_integral_gt_nnreal [SigmaFinite μ] (f : α → ℝ≥0)
    (fint : Integrable (fun x => (f x : ℝ)) μ) {ε : ℝ} (εpos : 0 < ε) :
    ∃ g : α → ℝ≥0∞,
      (∀ x, (f x : ℝ≥0∞) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
      (∀ᵐ x ∂μ, g x < ⊤) ∧
      Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ (∫ x, (g x).toReal ∂μ) < (∫ x, ↑(f x) ∂μ) + ε

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε

Tactic:
have g_lt_top : ∀ᵐ x : α ∂μ, g x < ∞ := ae_lt_top gcont.measurable gint_ne

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_2.hfm
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
Ig : ∫⁻ (a : α), ENNReal.ofReal (g a).toReal ∂μ = ∫⁻ (a : α), g a ∂μ
⊢ AEStronglyMeasurable (fun x => ↑(f x)) μ

Tactic:
exact fmeas.coe_nnreal_real.aestronglyMeasurable

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
Ig : ∫⁻ (a : α), ENNReal.ofReal (g a).toReal ∂μ = ∫⁻ (a : α), g a ∂μ
⊢ (∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ).toReal + ↑ε = (∫⁻ (a : α), ENNReal.ofReal ↑(f a) ∂μ).toReal + ↑ε

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
Ig : ∫⁻ (a : α), ENNReal.ofReal (g a).toReal ∂μ = ∫⁻ (a : α), g a ∂μ
⊢ (∫⁻ (a : α), g a ∂μ).toReal ≤ (∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ + ↑δ).toReal

Tactic:
apply ENNReal.toReal_mono _ gint

Result:
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
Ig : ∫⁻ (a : α), ENNReal.ofReal (g a).toReal ∂μ = ∫⁻ (a : α), g a ∂μ
⊢ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ ≠ ⊤

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
Ig : ∫⁻ (a : α), ENNReal.ofReal (g a).toReal ∂μ = ∫⁻ (a : α), g a ∂μ
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε

Tactic:
refine ⟨g, f_lt_g, gcont, g_lt_top, ?_, ?_⟩

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_1
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
Ig : ∫⁻ (a : α), ENNReal.ofReal (g a).toReal ∂μ = ∫⁻ (a : α), g a ∂μ
⊢ Integrable (fun x => (g x).toReal) μ

case intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_2
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
Ig : ∫⁻ (a : α), ENNReal.ofReal (g a).toReal ∂μ = ∫⁻ (a : α), g a ∂μ
⊢ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε