-- Mathlib/Probability/Moments/IntegrableExpMul.lean
/-- If `exp ((v + t) * X)` and `exp ((v - t) * X)` are integrable
then for nonnegative `p : ℝ` and any `x ∈ [0, |t|)`,
`|X| ^ p * exp (v * X + x * |X|)` is integrable. -/
lemma integrable_rpow_abs_mul_exp_add_of_integrable_exp_mul {x : ℝ}
    (h_int_pos : Integrable (fun ω ↦ exp ((v + t) * X ω)) μ)
    (h_int_neg : Integrable (fun ω ↦ exp ((v - t) * X ω)) μ) (h_nonneg : 0 ≤ x) (hx : x < |t|)
    {p : ℝ} (hp : 0 ≤ p) :
    Integrable (fun a ↦ |X a| ^ p * exp (v * X a + x * |X a|)) μ

Proof state:
case h.h
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
ht : t ≠ 0
hX : AEMeasurable X μ
a : Ω
this : |t| = |t| - x + x
⊢ |X a| ^ p ≤ (p / (|t| - x)) ^ p * rexp ((|t| - x) * |X a|)

Tactic:
convert rpow_abs_le_mul_exp_abs (X a) hp (t := |t| - x) _ using 4

Result:
case h.e'_4.h.e'_5.h.e'_5.h.e'_6
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
ht : t ≠ 0
hX : AEMeasurable X μ
a : Ω
this : |t| = |t| - x + x
⊢ |t| - x = ||t| - x|

case h.e'_4.h.e'_6.h.e'_1.h.e'_5
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
ht : t ≠ 0
hX : AEMeasurable X μ
a : Ω
this : |t| = |t| - x + x
⊢ |t| - x = ||t| - x|

case h.h
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
ht : t ≠ 0
hX : AEMeasurable X μ
a : Ω
this : |t| = |t| - x + x
⊢ |t| - x ≠ 0

Proof state:
case refine_2.refine_1
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
ht : t ≠ 0
hX : AEMeasurable X μ
h_le : ∀ (a : Ω), |X a| ^ p * rexp (v * X a + x * |X a|) ≤ (p / (|t| - x)) ^ p * rexp (v * X a + |t| * |X a|)
⊢ Integrable (fun a => (p / (|t| - x)) ^ p * rexp (v * X a + |t| * |X a|)) μ

Tactic:
refine Integrable.const_mul ?_ _

Result:
case refine_2.refine_1
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
ht : t ≠ 0
hX : AEMeasurable X μ
h_le : ∀ (a : Ω), |X a| ^ p * rexp (v * X a + x * |X a|) ≤ (p / (|t| - x)) ^ p * rexp (v * X a + |t| * |X a|)
⊢ Integrable (fun a => rexp (v * X a + |t| * |X a|)) μ

Proof state:
case refine_2.refine_3.e_a
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
ht : t ≠ 0
hX : AEMeasurable X μ
h_le : ∀ (a : Ω), |X a| ^ p * rexp (v * X a + x * |X a|) ≤ (p / (|t| - x)) ^ p * rexp (v * X a + |t| * |X a|)
ω : Ω
⊢ 0 ≤ (p / (|t| - x)) ^ p

Tactic:
exact rpow_nonneg (div_nonneg hp (sub_nonneg_of_le hx.le)) _

Result:
no goals

Proof state:
case refine_2.refine_3.e_a
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
ht : t ≠ 0
hX : AEMeasurable X μ
h_le : ∀ (a : Ω), |X a| ^ p * rexp (v * X a + x * |X a|) ≤ (p / (|t| - x)) ^ p * rexp (v * X a + |t| * |X a|)
ω : Ω
⊢ |(p / (|t| - x)) ^ p| = (p / (|t| - x)) ^ p

Tactic:
simp only [abs_eq_self, sub_nonneg]

Result:
case refine_2.refine_3.e_a
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
ht : t ≠ 0
hX : AEMeasurable X μ
h_le : ∀ (a : Ω), |X a| ^ p * rexp (v * X a + x * |X a|) ≤ (p / (|t| - x)) ^ p * rexp (v * X a + |t| * |X a|)
ω : Ω
⊢ 0 ≤ (p / (|t| - x)) ^ p

Proof state:
case refine_2.refine_2
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
ht : t ≠ 0
hX : AEMeasurable X μ
h_le : ∀ (a : Ω), |X a| ^ p * rexp (v * X a + x * |X a|) ≤ (p / (|t| - x)) ^ p * rexp (v * X a + |t| * |X a|)
⊢ AEMeasurable (fun a => ||X a| ^ p| * rexp (v * X a + x * |X a|)) μ

Tactic:
exact AEMeasurable.mul (by fun_prop) (measurable_exp.comp_aemeasurable (by fun_prop))

Result:
no goals

Proof state:
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
ht : t ≠ 0
hX : AEMeasurable X μ
a : Ω
⊢ |X a| ^ p * rexp (v * X a + x * |X a|) ≤ (p / (|t| - x)) ^ p * rexp (v * X a + |t| * |X a|)

Tactic:
simp_rw [exp_add, mul_comm (exp (v * X a)), ← mul_assoc]

Result:
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
ht : t ≠ 0
hX : AEMeasurable X μ
a : Ω
⊢ |X a| ^ p * rexp (x * |X a|) * rexp (v * X a) ≤ (p / (|t| - x)) ^ p * rexp (|t| * |X a|) * rexp (v * X a)

Proof state:
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
⊢ t ≠ 0

Tactic:
suffices |t| ≠ 0 by simpa

Result:
Ω : Type u_1
m : MeasurableSpace Ω
X : Ω → ℝ
μ : Measure Ω
t v x : ℝ
h_int_pos : Integrable (fun ω => rexp ((v + t) * X ω)) μ
h_int_neg : Integrable (fun ω => rexp ((v - t) * X ω)) μ
h_nonneg : 0 ≤ x
hx : x < |t|
p : ℝ
hp : 0 ≤ p
⊢ |t| ≠ 0