-- 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.refl
f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x : Cfg
v : List ℕ
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 : v' ∈ f.eval v
h : v'.headI = 0
he✝¹ : v'.tail ∈ f.fix.eval v✝
hr✝ : x ∈ eval step (Cfg.ret k v'.tail)
hr : x ∈ eval step (stepRet k v'.tail)
he✝ : v'.tail ∈ f.fix.eval v
he : Sum.inl v'.tail ∈ Part.map (fun v => if v.headI = 0 then Sum.inl v.tail else Sum.inr v.tail) (f.eval v)
⊢ x ∈ eval step (Cfg.ret (Cont.fix f k) v')

Tactic:
rw [reaches_eval]

Result:
case pos.refl
f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x : Cfg
v : List ℕ
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 : v' ∈ f.eval v
h : v'.headI = 0
he✝¹ : v'.tail ∈ f.fix.eval v✝
hr✝ : x ∈ eval step (Cfg.ret k v'.tail)
hr : x ∈ eval step (stepRet k v'.tail)
he✝ : v'.tail ∈ f.fix.eval v
he : Sum.inl v'.tail ∈ Part.map (fun v => if v.headI = 0 then Sum.inl v.tail else Sum.inr v.tail) (f.eval v)
⊢ x ∈ eval step ?m.139589

case pos.refl
f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x : Cfg
v : List ℕ
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 : v' ∈ f.eval v
h : v'.headI = 0
he✝¹ : v'.tail ∈ f.fix.eval v✝
hr✝ : x ∈ eval step (Cfg.ret k v'.tail)
hr : x ∈ eval step (stepRet k v'.tail)
he✝ : v'.tail ∈ f.fix.eval v
he : Sum.inl v'.tail ∈ Part.map (fun v => if v.headI = 0 then Sum.inl v.tail else Sum.inr v.tail) (f.eval v)
⊢ Reaches step (Cfg.ret (Cont.fix f k) v') ?m.139589

f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x : Cfg
v : List ℕ
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 : v' ∈ f.eval v
h : v'.headI = 0
he✝¹ : v'.tail ∈ f.fix.eval v✝
hr✝ : x ∈ eval step (Cfg.ret k v'.tail)
hr : x ∈ eval step (stepRet k v'.tail)
he✝ : v'.tail ∈ f.fix.eval v
he : Sum.inl v'.tail ∈ Part.map (fun v => if v.headI = 0 then Sum.inl v.tail else Sum.inr v.tail) (f.eval v)
⊢ Cfg

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 ?m.136267

Tactic:
exact h

Result:
no goals

Proof state:
case neg.refl
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'')
v₁ : List ℕ
he₁ : v₁ ∈ f.eval v
h : ¬v₁.headI = 0
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)) v₁.tail
⊢ Reaches step (Cfg.ret (Cont.fix f k) v₁) ?m.140438

Tactic:
exact ReflTransGen.single rfl

Result:
no goals

Proof state:
case mp.halt.intro.intro
f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x c : Cfg
he : x ∈ eval step c
v v' : List ℕ
h : x ∈ eval step (stepRet (Cont.fix f k) v')
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')
v'' : List ℕ
h₁ : v'' ∈ f.eval v
h₂ : Cfg.halt v' ∈ eval step (Cfg.ret Cont.halt v'')
⊢ ∃ 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)

Tactic:
rw [reaches_eval] at h₂

Result:
case mp.halt.intro.intro
f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x c : Cfg
he : x ∈ eval step c
v v' : List ℕ
h : x ∈ eval step (stepRet (Cont.fix f k) v')
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')
v'' : List ℕ
h₁ : v'' ∈ f.eval v
h₂✝ : Cfg.halt v' ∈ eval step (Cfg.ret Cont.halt v'')
h₂ : Cfg.halt v' ∈ eval step ?m.135351
⊢ ∃ 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)

case mp.halt.intro.intro
f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x c : Cfg
he : x ∈ eval step c
v v' : List ℕ
h : x ∈ eval step (stepRet (Cont.fix f k) v')
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')
v'' : List ℕ
h₁ : v'' ∈ f.eval v
h₂ : Cfg.halt v' ∈ eval step (Cfg.ret Cont.halt v'')
⊢ Reaches step (Cfg.ret Cont.halt v'') ?m.135351

f : Code
k : Cont
v✝ : List ℕ
fok : f.Ok
x c : Cfg
he : x ∈ eval step c
v v' : List ℕ
h : x ∈ eval step (stepRet (Cont.fix f k) v')
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')
v'' : List ℕ
h₁ : v'' ∈ f.eval v
h₂ : Cfg.halt v' ∈ eval step (Cfg.ret Cont.halt v'')
⊢ Cfg