-- Mathlib/Topology/MetricSpace/Cauchy.lean
theorem Metric.uniformCauchySeqOn_iff {γ : Type*} {F : β → γ → α} {s : Set γ} :
    UniformCauchySeqOn F atTop s ↔ ∀ ε > (0 : ℝ),
      ∃ N : β, ∀ m ≥ N, ∀ n ≥ N, ∀ x ∈ s, dist (F m x) (F n x) < ε

Proof state:
α : Type u
β : Type v
inst✝² : PseudoMetricSpace α
inst✝¹ : Nonempty β
inst✝ : SemilatticeSup β
γ : Type u_3
F : β → γ → α
s : Set γ
h : UniformCauchySeqOn F atTop s
ε : ℝ
hε : ε > 0
u : Set (α × α) := {a | dist a.1 a.2 < ε}
⊢ ∀ ⦃a b : α⦄, dist a b < ε → (a, b) ∈ u

Tactic:
simp [u]

Result:
no goals

Proof state:
case mp
α : Type u
β : Type v
inst✝² : PseudoMetricSpace α
inst✝¹ : Nonempty β
inst✝ : SemilatticeSup β
γ : Type u_3
F : β → γ → α
s : Set γ
h : UniformCauchySeqOn F atTop s
ε : ℝ
hε : ε > 0
u : Set (α × α) := {a | dist a.1 a.2 < ε}
hu : u ∈ 𝓤 α
⊢ ∀ᶠ (x : β × β) in atTop, ∀ x_1 ∈ s, dist (F x.1 x_1) (F x.2 x_1) < ε

Tactic:
specialize h u hu

Result:
case mp
α : Type u
β : Type v
inst✝² : PseudoMetricSpace α
inst✝¹ : Nonempty β
inst✝ : SemilatticeSup β
γ : Type u_3
F : β → γ → α
s : Set γ
ε : ℝ
hε : ε > 0
u : Set (α × α) := {a | dist a.1 a.2 < ε}
hu : u ∈ 𝓤 α
h : ∀ᶠ (m : β × β) in atTop ×ˢ atTop, ∀ x ∈ s, (F m.1 x, F m.2 x) ∈ u
⊢ ∀ᶠ (x : β × β) in atTop, ∀ x_1 ∈ s, dist (F x.1 x_1) (F x.2 x_1) < ε

Proof state:
case mpr
α : Type u
β : Type v
inst✝² : PseudoMetricSpace α
inst✝¹ : Nonempty β
inst✝ : SemilatticeSup β
γ : Type u_3
F : β → γ → α
s : Set γ
h : ∀ ε > 0, ∃ N, ∀ m ≥ N, ∀ n ≥ N, ∀ x ∈ s, dist (F m x) (F n x) < ε
u : Set (α × α)
hu : u ∈ 𝓤 α
⊢ ∀ᶠ (m : β × β) in atTop ×ˢ atTop, ∀ x ∈ s, (F m.1 x, F m.2 x) ∈ u

Tactic:
rcases Metric.mem_uniformity_dist.mp hu with ⟨ε, hε, hab⟩

Result:
case mpr.intro.intro
α : Type u
β : Type v
inst✝² : PseudoMetricSpace α
inst✝¹ : Nonempty β
inst✝ : SemilatticeSup β
γ : Type u_3
F : β → γ → α
s : Set γ
h : ∀ ε > 0, ∃ N, ∀ m ≥ N, ∀ n ≥ N, ∀ x ∈ s, dist (F m x) (F n x) < ε
u : Set (α × α)
hu : u ∈ 𝓤 α
ε : ℝ
hε : ε > 0
hab : ∀ ⦃a b : α⦄, dist a b < ε → (a, b) ∈ u
⊢ ∀ᶠ (m : β × β) in atTop ×ˢ atTop, ∀ x ∈ s, (F m.1 x, F m.2 x) ∈ u

Proof state:
case mp
α : Type u
β : Type v
inst✝² : PseudoMetricSpace α
inst✝¹ : Nonempty β
inst✝ : SemilatticeSup β
γ : Type u_3
F : β → γ → α
s : Set γ
ε : ℝ
hε : ε > 0
u : Set (α × α) := {a | dist a.1 a.2 < ε}
hu : u ∈ 𝓤 α
h : ∀ᶠ (m : β × β) in atTop, ∀ x ∈ s, (F m.1 x, F m.2 x) ∈ u
⊢ ∀ᶠ (x : β × β) in atTop, ∀ x_1 ∈ s, dist (F x.1 x_1) (F x.2 x_1) < ε

Tactic:
exact h.mono fun n h x hx => h x hx

Result:
no goals

Proof state:
case mpr.intro.intro
α : Type u
β : Type v
inst✝² : PseudoMetricSpace α
inst✝¹ : Nonempty β
inst✝ : SemilatticeSup β
γ : Type u_3
F : β → γ → α
s : Set γ
h : ∀ ε > 0, ∃ N, ∀ m ≥ N, ∀ n ≥ N, ∀ x ∈ s, dist (F m x) (F n x) < ε
u : Set (α × α)
hu : u ∈ 𝓤 α
ε : ℝ
hε : ε > 0
hab : ∀ ⦃a b : α⦄, dist a b < ε → (a, b) ∈ u
⊢ ∀ᶠ (m : β × β) in atTop ×ˢ atTop, ∀ x ∈ s, (F m.1 x, F m.2 x) ∈ u

Tactic:
rcases h ε hε with ⟨N, hN⟩

Result:
case mpr.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
inst✝² : PseudoMetricSpace α
inst✝¹ : Nonempty β
inst✝ : SemilatticeSup β
γ : Type u_3
F : β → γ → α
s : Set γ
h : ∀ ε > 0, ∃ N, ∀ m ≥ N, ∀ n ≥ N, ∀ x ∈ s, dist (F m x) (F n x) < ε
u : Set (α × α)
hu : u ∈ 𝓤 α
ε : ℝ
hε : ε > 0
hab : ∀ ⦃a b : α⦄, dist a b < ε → (a, b) ∈ u
N : β
hN : ∀ m ≥ N, ∀ n ≥ N, ∀ x ∈ s, dist (F m x) (F n x) < ε
⊢ ∀ᶠ (m : β × β) in atTop ×ˢ atTop, ∀ x ∈ s, (F m.1 x, F m.2 x) ∈ u

Proof state:
case mp
α : Type u
β : Type v
inst✝² : PseudoMetricSpace α
inst✝¹ : Nonempty β
inst✝ : SemilatticeSup β
γ : Type u_3
F : β → γ → α
s : Set γ
h : UniformCauchySeqOn F atTop s
ε : ℝ
hε : ε > 0
u : Set (α × α) := {a | dist a.1 a.2 < ε}
hu : u ∈ 𝓤 α
⊢ ∃ N, ∀ m ≥ N, ∀ n ≥ N, ∀ x ∈ s, dist (F m x) (F n x) < ε

Tactic:
rw [← Filter.eventually_atTop_prod_self' (p := fun m =>
  ∀ x ∈ s, dist (F m.fst x) (F m.snd x) < ε)]

Result:
case mp
α : Type u
β : Type v
inst✝² : PseudoMetricSpace α
inst✝¹ : Nonempty β
inst✝ : SemilatticeSup β
γ : Type u_3
F : β → γ → α
s : Set γ
h : UniformCauchySeqOn F atTop s
ε : ℝ
hε : ε > 0
u : Set (α × α) := {a | dist a.1 a.2 < ε}
hu : u ∈ 𝓤 α
⊢ ∀ᶠ (x : β × β) in atTop, ∀ x_1 ∈ s, dist (F x.1 x_1) (F x.2 x_1) < ε

Proof state:
case mp
α : Type u
β : Type v
inst✝² : PseudoMetricSpace α
inst✝¹ : Nonempty β
inst✝ : SemilatticeSup β
γ : Type u_3
F : β → γ → α
s : Set γ
ε : ℝ
hε : ε > 0
u : Set (α × α) := {a | dist a.1 a.2 < ε}
hu : u ∈ 𝓤 α
h : ∀ᶠ (m : β × β) in atTop ×ˢ atTop, ∀ x ∈ s, (F m.1 x, F m.2 x) ∈ u
⊢ ∀ᶠ (x : β × β) in atTop, ∀ x_1 ∈ s, dist (F x.1 x_1) (F x.2 x_1) < ε

Tactic:
rw [prod_atTop_atTop_eq] at h

Result:
case mp
α : Type u
β : Type v
inst✝² : PseudoMetricSpace α
inst✝¹ : Nonempty β
inst✝ : SemilatticeSup β
γ : Type u_3
F : β → γ → α
s : Set γ
ε : ℝ
hε : ε > 0
u : Set (α × α) := {a | dist a.1 a.2 < ε}
hu : u ∈ 𝓤 α
h : ∀ᶠ (m : β × β) in atTop, ∀ x ∈ s, (F m.1 x, F m.2 x) ∈ u
⊢ ∀ᶠ (x : β × β) in atTop, ∀ x_1 ∈ s, dist (F x.1 x_1) (F x.2 x_1) < ε