-- Mathlib/Topology/MetricSpace/Thickening.lean
theorem IsCompact.exists_thickening_image_subset
    [PseudoEMetricSpace α] {β : Type*} [PseudoEMetricSpace β]
    {f : α → β} {K : Set α} {U : Set β} (hK : IsCompact K) (ho : IsOpen U)
    (hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x) (hKU : MapsTo f K U) :
    ∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ K, thickening ε (f '' V) ⊆ U

Proof state:
case hmono
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
⊢ ∀ ⦃s t : Set α⦄,
    s ⊆ t → (∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ t, thickening ε (f '' V) ⊆ U) → ∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ s, thickening ε (f '' V) ⊆ U

Tactic:
exact fun s t hst ⟨ε, hε, V, hV, hthickening⟩ ↦ ⟨ε, hε, V, nhdsSet_mono hst hV, hthickening⟩

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
⊢ ∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ K, thickening ε (f '' V) ⊆ U

Tactic:
apply hK.induction_on (p := fun K ↦ ∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ K, thickening ε (f '' V) ⊆ U)

Result:
case he
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
⊢ ∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ ∅, thickening ε (f '' V) ⊆ U

case hmono
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
⊢ ∀ ⦃s t : Set α⦄,
    s ⊆ t → (∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ t, thickening ε (f '' V) ⊆ U) → ∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ s, thickening ε (f '' V) ⊆ U

case hunion
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
⊢ ∀ ⦃s t : Set α⦄,
    (∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ s, thickening ε (f '' V) ⊆ U) →
      (∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ t, thickening ε (f '' V) ⊆ U) → ∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ (s ∪ t), thickening ε (f '' V) ⊆ U

case hnhds
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
⊢ ∀ x ∈ K, ∃ t ∈ 𝓝[K] x, ∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ t, thickening ε (f '' V) ⊆ U

Proof state:
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
s t : Set α
ε₁ : ℝ
hε₁ : ε₁ > 0
V₁ : Set α
hV₁ : V₁ ∈ 𝓝ˢ s
hV₁thickening : thickening ε₁ (f '' V₁) ⊆ U
ε₂ : ℝ
hε₂ : ε₂ > 0
V₂ : Set α
hV₂ : V₂ ∈ 𝓝ˢ t
hV₂thickening : thickening ε₂ (f '' V₂) ⊆ U
⊢ thickening (ε₁ ⊓ ε₂) (f '' V₁) ∪ thickening (ε₁ ⊓ ε₂) (f '' V₂) ⊆ thickening ε₁ (f '' V₁) ∪ thickening ε₂ (f '' V₂)

Tactic:
gcongr <;> norm_num

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
x : α
hx : x ∈ K
this✝ : {f x} ⊆ U
δ : ℝ
hδ : 0 < δ
hthick : thickening δ {f x} ⊆ U
V : Set α := f ⁻¹' thickening (δ / 2) {f x}
this : V ∈ 𝓝 x
⊢ K ∩ interior V ⊆ interior V

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
case a
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
x : α
hx : x ∈ K
this : {f x} ⊆ U
δ : ℝ
hδ : 0 < δ
hthick : thickening δ {f x} ⊆ U
V : Set α := f ⁻¹' thickening (δ / 2) {f x}
⊢ f x ∈ thickening (δ / 2) {f x}

Tactic:
exact (self_subset_thickening (by positivity) _) rfl

Result:
no goals

Proof state:
case hunion.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
s t : Set α
ε₁ : ℝ
hε₁ : ε₁ > 0
V₁ : Set α
hV₁ : V₁ ∈ 𝓝ˢ s
hV₁thickening : thickening ε₁ (f '' V₁) ⊆ U
ε₂ : ℝ
hε₂ : ε₂ > 0
V₂ : Set α
hV₂ : V₂ ∈ 𝓝ˢ t
hV₂thickening : thickening ε₂ (f '' V₂) ⊆ U
⊢ ∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ (s ∪ t), thickening ε (f '' V) ⊆ U

Tactic:
refine ⟨min ε₁ ε₂, by positivity, V₁ ∪ V₂, union_mem_nhdsSet hV₁ hV₂, ?_⟩

Result:
case hunion.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
s t : Set α
ε₁ : ℝ
hε₁ : ε₁ > 0
V₁ : Set α
hV₁ : V₁ ∈ 𝓝ˢ s
hV₁thickening : thickening ε₁ (f '' V₁) ⊆ U
ε₂ : ℝ
hε₂ : ε₂ > 0
V₂ : Set α
hV₂ : V₂ ∈ 𝓝ˢ t
hV₂thickening : thickening ε₂ (f '' V₂) ⊆ U
⊢ thickening (ε₁ ⊓ ε₂) (f '' (V₁ ∪ V₂)) ⊆ U

Proof state:
case hnhds
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
x : α
hx : x ∈ K
⊢ ∃ t ∈ 𝓝[K] x, ∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ t, thickening ε (f '' V) ⊆ U

Tactic:
have : {f x} ⊆ U := by rw [singleton_subset_iff]; exact hKU hx

Result:
case hnhds
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
x : α
hx : x ∈ K
this : {f x} ⊆ U
⊢ ∃ t ∈ 𝓝[K] x, ∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ t, thickening ε (f '' V) ⊆ U

Proof state:
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
⊢ 1 > 0

Tactic:
positivity

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
x : α
hx : x ∈ K
this✝ : {f x} ⊆ U
δ : ℝ
hδ : 0 < δ
hthick : thickening δ {f x} ⊆ U
V : Set α := f ⁻¹' thickening (δ / 2) {f x}
this : V ∈ 𝓝 x
⊢ δ / 2 > 0

Tactic:
positivity

Result:
no goals

Proof state:
case hnhds.intro.intro
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
x : α
hx : x ∈ K
this : {f x} ⊆ U
δ : ℝ
hδ : 0 < δ
hthick : thickening δ {f x} ⊆ U
⊢ ∃ t ∈ 𝓝[K] x, ∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ t, thickening ε (f '' V) ⊆ U

Tactic:
let V := f ⁻¹' (thickening (δ / 2) {f x})

Result:
case hnhds.intro.intro
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
x : α
hx : x ∈ K
this : {f x} ⊆ U
δ : ℝ
hδ : 0 < δ
hthick : thickening δ {f x} ⊆ U
V : Set α := f ⁻¹' thickening (δ / 2) {f x}
⊢ ∃ t ∈ 𝓝[K] x, ∃ ε > 0, ∃ V ∈ 𝓝ˢ t, thickening ε (f '' V) ⊆ U

Proof state:
case hnhds.intro.intro
α : Type u
inst✝¹ : PseudoEMetricSpace α
β : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace β
f : α → β
K : Set α
U : Set β
hK : IsCompact K
ho : IsOpen U
hf : ∀ x ∈ K, ContinuousAt f x
hKU : MapsTo f K U
x : α
hx : x ∈ K
this✝ : {f x} ⊆ U
δ : ℝ
hδ : 0 < δ
hthick : thickening δ {f x} ⊆ U
V : Set α := f ⁻¹' thickening (δ / 2) {f x}
this : V ∈ 𝓝 x
⊢ thickening (δ / 2) (f '' V) ⊆ U

Tactic:
calc thickening (δ / 2) (f '' V)
  _ ⊆ thickening (δ / 2) (thickening (δ / 2) {f x}) :=
    thickening_subset_of_subset _ (image_preimage_subset f _)
  _ ⊆ thickening ((δ / 2) + (δ / 2)) ({f x}) :=
    thickening_thickening_subset (δ / 2) (δ / 2) {f x}
  _ ⊆ U := by simp [hthick]

Result:
no goals