-- Mathlib/Analysis/Convex/Cone/Extension.lean
theorem exists_extension_of_le_sublinear (f : E →ₗ.[ℝ] ℝ) (N : E → ℝ)
    (N_hom : ∀ c : ℝ, 0 < c → ∀ x, N (c • x) = c * N x) (N_add : ∀ x y, N (x + y) ≤ N x + N y)
    (hf : ∀ x : f.domain, f x ≤ N x) :
    ∃ g : E →ₗ[ℝ] ℝ, (∀ x : f.domain, g x = f x) ∧ ∀ x, g x ≤ N x

Proof state:
E : Type u_2
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module ℝ E
f : E →ₗ.[ℝ] ℝ
N : E → ℝ
N_hom : ∀ (c : ℝ), 0 < c → ∀ (x : E), N (c • x) = c * N x
N_add : ∀ (x y : E), N (x + y) ≤ N x + N y
hf : ∀ (x : ↥f.domain), ↑f x ≤ N ↑x
s : ConvexCone ℝ (E × ℝ) := { carrier := {p | N p.1 ≤ p.2}, smul_mem' := ⋯, add_mem' := ⋯ }
f' : E × ℝ →ₗ.[ℝ] ℝ := (-f).coprod (LinearMap.id.toPMap ⊤)
hf'_nonneg : ∀ (x : ↥f'.domain), ↑x ∈ s → 0 ≤ ↑f' x
hf'_dense : ∀ (y : E × ℝ), ∃ x, ↑x + y ∈ s
⊢ ∃ g, (∀ (x : ↥f.domain), g ↑x = ↑f x) ∧ ∀ (x : E), g x ≤ N x

Tactic:
obtain ⟨g, g_eq, g_nonneg⟩ := riesz_extension s f' hf'_nonneg hf'_dense

Result:
case intro.intro
E : Type u_2
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module ℝ E
f : E →ₗ.[ℝ] ℝ
N : E → ℝ
N_hom : ∀ (c : ℝ), 0 < c → ∀ (x : E), N (c • x) = c * N x
N_add : ∀ (x y : E), N (x + y) ≤ N x + N y
hf : ∀ (x : ↥f.domain), ↑f x ≤ N ↑x
s : ConvexCone ℝ (E × ℝ) := { carrier := {p | N p.1 ≤ p.2}, smul_mem' := ⋯, add_mem' := ⋯ }
f' : E × ℝ →ₗ.[ℝ] ℝ := (-f).coprod (LinearMap.id.toPMap ⊤)
hf'_nonneg : ∀ (x : ↥f'.domain), ↑x ∈ s → 0 ≤ ↑f' x
hf'_dense : ∀ (y : E × ℝ), ∃ x, ↑x + y ∈ s
g : E × ℝ →ₗ[ℝ] ℝ
g_eq : ∀ (x : ↥f'.domain), g ↑x = ↑f' x
g_nonneg : ∀ x ∈ s, 0 ≤ g x
⊢ ∃ g, (∀ (x : ↥f.domain), g ↑x = ↑f x) ∧ ∀ (x : E), g x ≤ N x

Proof state:
case mk
E : Type u_2
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module ℝ E
f : E →ₗ.[ℝ] ℝ
N : E → ℝ
N_hom : ∀ (c : ℝ), 0 < c → ∀ (x : E), N (c • x) = c * N x
N_add : ∀ (x y : E), N (x + y) ≤ N x + N y
hf : ∀ (x : ↥f.domain), ↑f x ≤ N ↑x
s : ConvexCone ℝ (E × ℝ) := { carrier := {p | N p.1 ≤ p.2}, smul_mem' := ⋯, add_mem' := ⋯ }
f' : E × ℝ →ₗ.[ℝ] ℝ := (-f).coprod (LinearMap.id.toPMap ⊤)
hf'_nonneg : ∀ (x : ↥f'.domain), ↑x ∈ s → 0 ≤ ↑f' x
x : E
y : ℝ
⊢ ∃ x_1, ↑x_1 + (x, y) ∈ s

Tactic:
refine ⟨⟨(0, N x - y), ⟨f.domain.zero_mem, trivial⟩⟩, ?_⟩

Result:
case mk
E : Type u_2
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module ℝ E
f : E →ₗ.[ℝ] ℝ
N : E → ℝ
N_hom : ∀ (c : ℝ), 0 < c → ∀ (x : E), N (c • x) = c * N x
N_add : ∀ (x y : E), N (x + y) ≤ N x + N y
hf : ∀ (x : ↥f.domain), ↑f x ≤ N ↑x
s : ConvexCone ℝ (E × ℝ) := { carrier := {p | N p.1 ≤ p.2}, smul_mem' := ⋯, add_mem' := ⋯ }
f' : E × ℝ →ₗ.[ℝ] ℝ := (-f).coprod (LinearMap.id.toPMap ⊤)
hf'_nonneg : ∀ (x : ↥f'.domain), ↑x ∈ s → 0 ≤ ↑f' x
x : E
y : ℝ
⊢ ↑⟨(0, N x - y), ⋯⟩ + (x, y) ∈ s

Proof state:
E : Type u_2
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module ℝ E
f : E →ₗ.[ℝ] ℝ
N : E → ℝ
N_hom : ∀ (c : ℝ), 0 < c → ∀ (x : E), N (c • x) = c * N x
N_add : ∀ (x y : E), N (x + y) ≤ N x + N y
hf : ∀ (x : ↥f.domain), ↑f x ≤ N ↑x
s : ConvexCone ℝ (E × ℝ) := { carrier := {p | N p.1 ≤ p.2}, smul_mem' := ⋯, add_mem' := ⋯ }
f' : E × ℝ →ₗ.[ℝ] ℝ := (-f).coprod (LinearMap.id.toPMap ⊤)
hf'_nonneg : ∀ (x : ↥f'.domain), ↑x ∈ s → 0 ≤ ↑f' x
hf'_dense : ∀ (y : E × ℝ), ∃ x, ↑x + y ∈ s
g : E × ℝ →ₗ[ℝ] ℝ
g_nonneg : ∀ x ∈ s, 0 ≤ g x
g_eq : ∀ (x : ↥f.domain) (y : ℝ), g (↑x, y) = y - ↑f x
x : E
⊢ -g (x, 0) = g (0, N x) - g (x, N x)

Tactic:
simp [← map_sub, ← map_neg]

Result:
no goals

Proof state:
E : Type u_2
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module ℝ E
f : E →ₗ.[ℝ] ℝ
N : E → ℝ
N_hom : ∀ (c : ℝ), 0 < c → ∀ (x : E), N (c • x) = c * N x
N_add : ∀ (x y : E), N (x + y) ≤ N x + N y
hf : ∀ (x : ↥f.domain), ↑f x ≤ N ↑x
s : ConvexCone ℝ (E × ℝ) := { carrier := {p | N p.1 ≤ p.2}, smul_mem' := ⋯, add_mem' := ⋯ }
f' : E × ℝ →ₗ.[ℝ] ℝ := (-f).coprod (LinearMap.id.toPMap ⊤)
x : ↥f'.domain
hx : N (↑x).1 ≤ (↑x).2
⊢ 0 ≤ ↑f' x

Tactic:
simpa [f'] using le_trans (hf ⟨x.1.1, x.2.1⟩) hx

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro
E : Type u_2
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module ℝ E
f : E →ₗ.[ℝ] ℝ
N : E → ℝ
N_hom : ∀ (c : ℝ), 0 < c → ∀ (x : E), N (c • x) = c * N x
N_add : ∀ (x y : E), N (x + y) ≤ N x + N y
hf : ∀ (x : ↥f.domain), ↑f x ≤ N ↑x
s : ConvexCone ℝ (E × ℝ) := { carrier := {p | N p.1 ≤ p.2}, smul_mem' := ⋯, add_mem' := ⋯ }
f' : E × ℝ →ₗ.[ℝ] ℝ := (-f).coprod (LinearMap.id.toPMap ⊤)
hf'_nonneg : ∀ (x : ↥f'.domain), ↑x ∈ s → 0 ≤ ↑f' x
hf'_dense : ∀ (y : E × ℝ), ∃ x, ↑x + y ∈ s
g : E × ℝ →ₗ[ℝ] ℝ
g_eq : ∀ (x : ↥f'.domain), g ↑x = ↑f' x
g_nonneg : ∀ x ∈ s, 0 ≤ g x
⊢ ∃ g, (∀ (x : ↥f.domain), g ↑x = ↑f x) ∧ ∀ (x : E), g x ≤ N x

Tactic:
replace g_eq : ∀ (x : f.domain) (y : ℝ), g (x, y) = y - f x := fun x y ↦
  (g_eq ⟨(x, y), ⟨x.2, trivial⟩⟩).trans (sub_eq_neg_add _ _).symm

Result:
case intro.intro
E : Type u_2
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module ℝ E
f : E →ₗ.[ℝ] ℝ
N : E → ℝ
N_hom : ∀ (c : ℝ), 0 < c → ∀ (x : E), N (c • x) = c * N x
N_add : ∀ (x y : E), N (x + y) ≤ N x + N y
hf : ∀ (x : ↥f.domain), ↑f x ≤ N ↑x
s : ConvexCone ℝ (E × ℝ) := { carrier := {p | N p.1 ≤ p.2}, smul_mem' := ⋯, add_mem' := ⋯ }
f' : E × ℝ →ₗ.[ℝ] ℝ := (-f).coprod (LinearMap.id.toPMap ⊤)
hf'_nonneg : ∀ (x : ↥f'.domain), ↑x ∈ s → 0 ≤ ↑f' x
hf'_dense : ∀ (y : E × ℝ), ∃ x, ↑x + y ∈ s
g : E × ℝ →ₗ[ℝ] ℝ
g_nonneg : ∀ x ∈ s, 0 ≤ g x
g_eq : ∀ (x : ↥f.domain) (y : ℝ), g (↑x, y) = y - ↑f x
⊢ ∃ g, (∀ (x : ↥f.domain), g ↑x = ↑f x) ∧ ∀ (x : E), g x ≤ N x

Proof state:
E : Type u_2
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module ℝ E
f : E →ₗ.[ℝ] ℝ
N : E → ℝ
N_hom : ∀ (c : ℝ), 0 < c → ∀ (x : E), N (c • x) = c * N x
N_add : ∀ (x y : E), N (x + y) ≤ N x + N y
hf : ∀ (x : ↥f.domain), ↑f x ≤ N ↑x
s : ConvexCone ℝ (E × ℝ) := { carrier := {p | N p.1 ≤ p.2}, smul_mem' := ⋯, add_mem' := ⋯ }
⊢ ∃ g, (∀ (x : ↥f.domain), g ↑x = ↑f x) ∧ ∀ (x : E), g x ≤ N x

Tactic:
set f' := (-f).coprod (LinearMap.id.toPMap ⊤)

Result:
E : Type u_2
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module ℝ E
f : E →ₗ.[ℝ] ℝ
N : E → ℝ
N_hom : ∀ (c : ℝ), 0 < c → ∀ (x : E), N (c • x) = c * N x
N_add : ∀ (x y : E), N (x + y) ≤ N x + N y
hf : ∀ (x : ↥f.domain), ↑f x ≤ N ↑x
s : ConvexCone ℝ (E × ℝ) := { carrier := {p | N p.1 ≤ p.2}, smul_mem' := ⋯, add_mem' := ⋯ }
f' : E × ℝ →ₗ.[ℝ] ℝ := (-f).coprod (LinearMap.id.toPMap ⊤)
⊢ ∃ g, (∀ (x : ↥f.domain), g ↑x = ↑f x) ∧ ∀ (x : E), g x ≤ N x

Proof state:
case intro.intro.refine_1
E : Type u_2
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module ℝ E
f : E →ₗ.[ℝ] ℝ
N : E → ℝ
N_hom : ∀ (c : ℝ), 0 < c → ∀ (x : E), N (c • x) = c * N x
N_add : ∀ (x y : E), N (x + y) ≤ N x + N y
hf : ∀ (x : ↥f.domain), ↑f x ≤ N ↑x
s : ConvexCone ℝ (E × ℝ) := { carrier := {p | N p.1 ≤ p.2}, smul_mem' := ⋯, add_mem' := ⋯ }
f' : E × ℝ →ₗ.[ℝ] ℝ := (-f).coprod (LinearMap.id.toPMap ⊤)
hf'_nonneg : ∀ (x : ↥f'.domain), ↑x ∈ s → 0 ≤ ↑f' x
hf'_dense : ∀ (y : E × ℝ), ∃ x, ↑x + y ∈ s
g : E × ℝ →ₗ[ℝ] ℝ
g_nonneg : ∀ x ∈ s, 0 ≤ g x
g_eq : ∀ (x : ↥f.domain) (y : ℝ), g (↑x, y) = y - ↑f x
x : ↥f.domain
⊢ (-g ∘ₗ inl ℝ E ℝ) ↑x = ↑f x

Tactic:
simp [g_eq x 0]

Result:
no goals