-- Mathlib/Analysis/CStarAlgebra/ApproximateUnit.lean
/-- This shows `CStarAlgebra.approximateUnit` is a one-sided approximate unit, but this is marked
`private` because it is only used to prove `CStarAlgebra.increasingApproximateUnit`. -/
private lemma tendsto_mul_right_approximateUnit (m : A) :
    Tendsto (· * m) (approximateUnit A) (𝓝 m)

Proof state:
case h₁
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
this : star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m = cfc (fun y => y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y) m
y : ℝ≥0
hy : y ∈ σ ℝ≥0 m
⊢ y * ε ^ 2 ≤ ε ^ 2

Tactic:
refine mul_le_of_le_one_left (zero_le _) ?_

Result:
case h₁
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
this : star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m = cfc (fun y => y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y) m
y : ℝ≥0
hy : y ∈ σ ℝ≥0 m
⊢ y ≤ 1

Proof state:
case intro
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝ m : A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
⊢ ∃ ia, (0 ≤ ia ∧ ‖ia‖ < 1) ∧ ∀ x ∈ {x | ia ≤ x} ∩ closedBall 0 1, x * m ∈ closedBall m ↑ε

Tactic:
refine ⟨cfcₙ (fun y : ℝ≥0 ↦ 1 - (1 + y)⁻¹) (ε⁻¹ ^ 2 • m),
  ⟨cfcₙ_nonneg_of_predicate, norm_cfcₙ_one_sub_one_add_inv_lt_one (ε⁻¹ ^ 2 • m)⟩, ?_⟩

Result:
case intro
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝ m : A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
⊢ ∀ x ∈ {x | cfcₙ (fun y => 1 - (1 + y)⁻¹) (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x} ∩ closedBall 0 1, x * m ∈ closedBall m ↑ε

Proof state:
case intro.intro
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
⊢ ‖m - x * m‖₊ ≤ ε

Tactic:
refine nnnorm_sub_mul_self_le m cfc_nonneg_of_predicate hx' ?_

Result:
case intro.intro
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
⊢ ‖star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m‖₊ ≤ ε ^ 2

Proof state:
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
⊢ Continuous fun x => g (ε⁻¹ ^ 2 • x)

Tactic:
fun_prop

Result:
no goals

Proof state:
case h₁
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
this : star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m = cfc (fun y => y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y) m
y : ℝ≥0
hy : y ∈ σ ℝ≥0 m
hm' : ‖m‖ ≤ 1
⊢ y ≤ 1

Tactic:
rw [norm_le_one_iff_of_nonneg m hm₁, ← cfc_id' ℝ≥0 m, ← cfc_one (R := ℝ≥0) m,
  cfc_nnreal_le_iff _ _ _ (QuasispectrumRestricts.nnreal_of_nonneg hm₁)] at hm'

Result:
case h₁
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
this : star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m = cfc (fun y => y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y) m
y : ℝ≥0
hy : y ∈ σ ℝ≥0 m
hm' : ∀ x ∈ σ ℝ≥0 m, x ≤ 1 x
⊢ y ≤ 1

Proof state:
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝² : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
x✝¹ : ℝ≥0
x✝ : x✝¹ ∈ σ ℝ≥0 m
⊢ 1 + ε⁻¹ ^ 2 • x✝¹ ≠ 0

Tactic:
positivity

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝ m : A
hm₁ : 0 ≤ ↑m
hm₂ : ‖↑m‖ < 1
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x : A
hx₁ : cfc (fun y => 1 - (1 + y)⁻¹) (ε⁻¹ ^ 2 • ↑m) ≤ ↑x
hx₂ : ‖↑x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ ↑x
⊢ ‖↑m - ↑x * ↑m‖₊ ≤ ε

Tactic:
generalize (x : A⁺¹) = x, (m : A⁺¹) = m at *

Result:
case intro.intro
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₁ : cfc (fun y => 1 - (1 + y)⁻¹) (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
⊢ ‖m - x * m‖₊ ≤ ε

Proof state:
case intro.intro
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝ m : A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x : A
hx₁ : cfcₙ (fun y => 1 - (1 + y)⁻¹) (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
⊢ ‖m - x * m‖₊ ≤ ε

Tactic:
have hx₀ : 0 ≤ x := cfcₙ_nonneg_of_predicate.trans hx₁

Result:
case intro.intro
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝ m : A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x : A
hx₁ : cfcₙ (fun y => 1 - (1 + y)⁻¹) (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
⊢ ‖m - x * m‖₊ ≤ ε

Proof state:
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝ m : A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
⊢ Tendsto (fun x => x * m) (approximateUnit A) (𝓝 m)

Tactic:
rw [(hasBasis_approximateUnit A).tendsto_iff nhds_basis_closedBall]

Result:
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝ m : A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
⊢ ∀ (ib : ℝ), 0 < ib → ∃ ia, (0 ≤ ia ∧ ‖ia‖ < 1) ∧ ∀ x ∈ {x | ia ≤ x} ∩ closedBall 0 1, x * m ∈ closedBall m ib