-- Mathlib/Analysis/Calculus/Rademacher.lean
theorem ae_lineDeriv_sum_eq
    (hf : LipschitzWith C f) {ι : Type*} (s : Finset ι) (a : ι → ℝ) (v : ι → E) :
    ∀ᵐ x ∂μ, lineDeriv ℝ f x (∑ i ∈ s, a i • v i) = ∑ i ∈ s, a i • lineDeriv ℝ f x (v i)

Proof state:
case intro
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
ι : Type u_3
s : Finset ι
a : ι → ℝ
v : ι → E
g : E → ℝ
g_smooth : ContDiff ℝ (↑⊤) g
g_comp : HasCompactSupport g
A : ∀ i ∈ s, Integrable (fun x => g x • (a i • fun x => lineDeriv ℝ f x (v i)) x) μ
S2 : ∫ (x : E), (∑ i ∈ s, a i * (fderiv ℝ g x) (v i)) * f x ∂μ = ∑ i ∈ s, a i * ∫ (x : E), (fderiv ℝ g x) (v i) * f x ∂μ
D : ℝ≥0
g_lip : LipschitzWith D g
⊢ ∫ (x : E), lineDeriv ℝ g x (-∑ i ∈ s, a i • v i) * f x ∂μ =
    ∑ x ∈ s, a x * ∫ (x_1 : E), lineDeriv ℝ g x_1 (-v x) * f x_1 ∂μ

Tactic:
simp_rw [(g_smooth.differentiable (mod_cast le_top)).differentiableAt.lineDeriv_eq_fderiv]

Result:
case intro
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
ι : Type u_3
s : Finset ι
a : ι → ℝ
v : ι → E
g : E → ℝ
g_smooth : ContDiff ℝ (↑⊤) g
g_comp : HasCompactSupport g
A : ∀ i ∈ s, Integrable (fun x => g x • (a i • fun x => lineDeriv ℝ f x (v i)) x) μ
S2 : ∫ (x : E), (∑ i ∈ s, a i * (fderiv ℝ g x) (v i)) * f x ∂μ = ∑ i ∈ s, a i * ∫ (x : E), (fderiv ℝ g x) (v i) * f x ∂μ
D : ℝ≥0
g_lip : LipschitzWith D g
⊢ ∫ (x : E), (fderiv ℝ g x) (-∑ i ∈ s, a i • v i) * f x ∂μ =
    ∑ x ∈ s, a x * ∫ (x_1 : E), (fderiv ℝ g x_1) (-v x) * f x_1 ∂μ

Proof state:
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
ι : Type u_3
s : Finset ι
a : ι → ℝ
v : ι → E
g : E → ℝ
g_smooth : ContDiff ℝ (↑⊤) g
g_comp : HasCompactSupport g
A : ∀ i ∈ s, Integrable (fun x => g x • (a i • fun x => lineDeriv ℝ f x (v i)) x) μ
S1 : ∫ (x : E), lineDeriv ℝ f x (∑ i ∈ s, a i • v i) * g x ∂μ = ∑ i ∈ s, a i * ∫ (x : E), lineDeriv ℝ f x (v i) * g x ∂μ
⊢ ∫ (x : E), g x • lineDeriv ℝ f x (∑ i ∈ s, a i • v i) ∂μ =
    ∑ i ∈ s, ∫ (a_1 : E), g a_1 • (a i • fun x => lineDeriv ℝ f x (v i)) a_1 ∂μ

Tactic:
dsimp only [smul_eq_mul, Pi.smul_apply]

Result:
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
ι : Type u_3
s : Finset ι
a : ι → ℝ
v : ι → E
g : E → ℝ
g_smooth : ContDiff ℝ (↑⊤) g
g_comp : HasCompactSupport g
A : ∀ i ∈ s, Integrable (fun x => g x • (a i • fun x => lineDeriv ℝ f x (v i)) x) μ
S1 : ∫ (x : E), lineDeriv ℝ f x (∑ i ∈ s, a i • v i) * g x ∂μ = ∑ i ∈ s, a i * ∫ (x : E), lineDeriv ℝ f x (v i) * g x ∂μ
⊢ ∫ (x : E), g x * lineDeriv ℝ f x (∑ i ∈ s, a i • v i) ∂μ =
    ∑ i ∈ s, ∫ (a_1 : E), g a_1 * (a i * lineDeriv ℝ f a_1 (v i)) ∂μ

Proof state:
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
ι : Type u_3
s : Finset ι
a : ι → ℝ
v : ι → E
g : E → ℝ
g_smooth : ContDiff ℝ (↑⊤) g
g_comp : HasCompactSupport g
A : ∀ i ∈ s, Integrable (fun x => g x • (a i • fun x => lineDeriv ℝ f x (v i)) x) μ
S1 : ∫ (x : E), lineDeriv ℝ f x (∑ i ∈ s, a i • v i) * g x ∂μ = ∑ i ∈ s, a i * ∫ (x : E), lineDeriv ℝ f x (v i) * g x ∂μ
⊢ ∫ (x : E), g x * lineDeriv ℝ f x (∑ i ∈ s, a i • v i) ∂μ =
    ∑ i ∈ s, ∫ (a_1 : E), g a_1 * (a i * lineDeriv ℝ f a_1 (v i)) ∂μ

Tactic:
simp_rw [← mul_assoc, mul_comm _ (a _), mul_assoc, integral_mul_left, mul_comm (g _), S1]

Result:
no goals

Proof state:
case intro
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
ι : Type u_3
s : Finset ι
a : ι → ℝ
v : ι → E
g : E → ℝ
g_smooth : ContDiff ℝ (↑⊤) g
g_comp : HasCompactSupport g
A : ∀ i ∈ s, Integrable (fun x => g x • (a i • fun x => lineDeriv ℝ f x (v i)) x) μ
S2 : ∫ (x : E), (∑ i ∈ s, a i * (fderiv ℝ g x) (v i)) * f x ∂μ = ∑ i ∈ s, a i * ∫ (x : E), (fderiv ℝ g x) (v i) * f x ∂μ
D : ℝ≥0
g_lip : LipschitzWith D g
⊢ ∫ (x : E), (fderiv ℝ g x) (-∑ i ∈ s, a i • v i) * f x ∂μ =
    ∑ x ∈ s, a x * ∫ (x_1 : E), (fderiv ℝ g x_1) (-v x) * f x_1 ∂μ

Tactic:
simp only [map_neg, _root_.map_sum, _root_.map_smul, smul_eq_mul, neg_mul]

Result:
case intro
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
ι : Type u_3
s : Finset ι
a : ι → ℝ
v : ι → E
g : E → ℝ
g_smooth : ContDiff ℝ (↑⊤) g
g_comp : HasCompactSupport g
A : ∀ i ∈ s, Integrable (fun x => g x • (a i • fun x => lineDeriv ℝ f x (v i)) x) μ
S2 : ∫ (x : E), (∑ i ∈ s, a i * (fderiv ℝ g x) (v i)) * f x ∂μ = ∑ i ∈ s, a i * ∫ (x : E), (fderiv ℝ g x) (v i) * f x ∂μ
D : ℝ≥0
g_lip : LipschitzWith D g
⊢ ∫ (x : E), -((∑ x_1 ∈ s, a x_1 * (fderiv ℝ g x) (v x_1)) * f x) ∂μ =
    ∑ x ∈ s, a x * ∫ (x_1 : E), -((fderiv ℝ g x_1) (v x) * f x_1) ∂μ

Proof state:
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
ι : Type u_3
s : Finset ι
a : ι → ℝ
v : ι → E
⊢ ∀ᵐ (x : E) ∂μ, lineDeriv ℝ f x (∑ i ∈ s, a i • v i) = ∑ i ∈ s, a i • lineDeriv ℝ f x (v i)

Tactic:
apply ae_eq_of_integral_contDiff_smul_eq (hf.locallyIntegrable_lineDeriv _)
  (locallyIntegrable_finset_sum _ (fun i hi ↦ (hf.locallyIntegrable_lineDeriv (v i)).smul (a i)))
  (fun g g_smooth g_comp ↦ ?_)

Result:
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
ι : Type u_3
s : Finset ι
a : ι → ℝ
v : ι → E
g : E → ℝ
g_smooth : ContDiff ℝ (↑⊤) g
g_comp : HasCompactSupport g
⊢ ∫ (x : E), g x • lineDeriv ℝ f x (∑ i ∈ s, a i • v i) ∂μ =
    ∫ (x : E), g x • ∑ i ∈ s, (a i • fun x => lineDeriv ℝ f x (v i)) x ∂μ