-- Mathlib/Analysis/SumIntegralComparisons.lean
lemma integral_le_sum_mul_Ico_of_antitone_monotone
    (hab : a ≤ b) (hf : AntitoneOn f (Icc a b)) (hg : MonotoneOn g (Icc (a - 1) (b - 1)))
    (fpos : 0 ≤ f b) (gpos : 0 ≤ g (a - 1)) :
    ∫ x in a..b, f x * g (x - 1) ≤ ∑ i ∈ Finset.Ico a b, f i * g i

Proof state:
case h.h₂.x
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
I2 : x ∈ Icc ↑a ↑b
⊢ x - 1 ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)

Tactic:
simp only [mem_Icc, tsub_le_iff_right, sub_add_cancel]

Result:
case h.h₂.x
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
I2 : x ∈ Icc ↑a ↑b
⊢ ↑a ≤ x ∧ x ≤ ↑b

Proof state:
case hg
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
⊢ IntegrableOn (fun x => f x * g (x - 1)) (Ico ↑a ↑b) volume

Tactic:
apply Integrable.mono_measure _ (Measure.restrict_mono_set _ Ico_subset_Icc_self)

Result:
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
⊢ Integrable (fun x => f x * g (x - 1)) (volume.restrict (Icc ↑a ↑b))

Proof state:
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
I2 : x ∈ Icc ↑a ↑b
⊢ x - 1 ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)

Tactic:
simpa using I2

Result:
no goals

Proof state:
case h
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
I2 : x ∈ Icc ↑a ↑b
⊢ f x * g (x - 1) ≤ f ↑i * g ↑i

Tactic:
apply mul_le_mul

Result:
case h.h₁
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
I2 : x ∈ Icc ↑a ↑b
⊢ f x ≤ f ↑i

case h.h₂
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
I2 : x ∈ Icc ↑a ↑b
⊢ g (x - 1) ≤ g ↑i

case h.c0
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
I2 : x ∈ Icc ↑a ↑b
⊢ 0 ≤ g (x - 1)

case h.b0
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
I2 : x ∈ Icc ↑a ↑b
⊢ 0 ≤ f ↑i

Proof state:
case h
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
⊢ f x * g (x - 1) ≤ f ↑i * g ↑i

Tactic:
have I2 : x ∈ Icc (a : ℝ) b := by
  refine ⟨le_trans (mod_cast hi.1) hx.1, hx.2.le.trans ?_⟩
  norm_cast
  omega

Result:
case h
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
I2 : x ∈ Icc ↑a ↑b
⊢ f x * g (x - 1) ≤ f ↑i * g ↑i

Proof state:
case h.h₂.x
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
I2 : x ∈ Icc ↑a ↑b
⊢ ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)

Tactic:
exact I1

Result:
no goals

Proof state:
case h.b0
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
I2 : x ∈ Icc ↑a ↑b
⊢ f ↑b ≤ f ↑i

Tactic:
apply hf ⟨mod_cast hi.1, mod_cast hi.2.le⟩ (by simpa using hab) (mod_cast hi.2.le)

Result:
no goals

Proof state:
case hf
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
x : ℝ
hx : x ∈ Icc ↑a ↑b
y : ℝ
hy : y ∈ Icc ↑a ↑b
hxy : x ≤ y
⊢ (fun x => g (x - 1)) x ≤ (fun x => g (x - 1)) y

Tactic:
apply hg

Result:
case hf.x
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
x : ℝ
hx : x ∈ Icc ↑a ↑b
y : ℝ
hy : y ∈ Icc ↑a ↑b
hxy : x ≤ y
⊢ x - 1 ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)

case hf.x
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
x : ℝ
hx : x ∈ Icc ↑a ↑b
y : ℝ
hy : y ∈ Icc ↑a ↑b
hxy : x ≤ y
⊢ y - 1 ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)

case hf.a
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
x : ℝ
hx : x ∈ Icc ↑a ↑b
y : ℝ
hy : y ∈ Icc ↑a ↑b
hxy : x ≤ y
⊢ x - 1 ≤ y - 1

Proof state:
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
⊢ ↑i + 1 ≤ ↑b

Tactic:
norm_cast

Result:
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
⊢ i + 1 ≤ b

Proof state:
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
⊢ Integrable (fun x => f x * g (x - 1)) (volume.restrict (Icc ↑a ↑b))

Tactic:
apply Integrable.mul_of_top_left

Result:
case hφ
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
⊢ Integrable f (volume.restrict (Icc ↑a ↑b))

case hf
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
⊢ MemLp (fun x => g (x - 1)) ⊤ (volume.restrict (Icc ↑a ↑b))

Proof state:
case h.h₂.a
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
I2 : x ∈ Icc ↑a ↑b
⊢ x - 1 ≤ ↑i

Tactic:
simpa [sub_le_iff_le_add] using hx.2.le

Result:
no goals

Proof state:
a b : ℕ
f g : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : AntitoneOn f (Icc ↑a ↑b)
hg : MonotoneOn g (Icc (↑a - 1) (↑b - 1))
fpos : 0 ≤ f ↑b
gpos : 0 ≤ g (↑a - 1)
i : ℕ
x : ℝ
hx : ↑i ≤ x ∧ x < ↑i + 1
hi : a ≤ i ∧ i < b
I0 : ↑i ≤ ↑b - 1
I1 : ↑i ∈ Icc (↑a - 1) (↑b - 1)
⊢ i + 1 ≤ b

Tactic:
omega

Result:
no goals