-- Mathlib/Topology/UniformSpace/UniformConvergence.lean
theorem tendsto_comp_of_locally_uniform_limit_within (h : ContinuousWithinAt f s x)
    (hg : Tendsto g p (𝓝[s] x))
    (hunif : ∀ u ∈ 𝓤 β, ∃ t ∈ 𝓝[s] x, ∀ᶠ n in p, ∀ y ∈ t, (f y, F n y) ∈ u) :
    Tendsto (fun n => F n (g n)) p (𝓝 (f x))

Proof state:
case intro.intro
α : Type u
β : Type v
ι : Type x
inst✝¹ : UniformSpace β
F : ι → α → β
f : α → β
s : Set α
x : α
p : Filter ι
g : ι → α
inst✝ : TopologicalSpace α
h : ContinuousWithinAt f s x
hg : Tendsto g p (𝓝[s] x)
hunif : ∀ u ∈ 𝓤 β, ∃ t ∈ 𝓝[s] x, ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ t, (f y, F n y) ∈ u
u₀ : Set (β × β)
hu₀ : u₀ ∈ 𝓤 β
u₁ : Set (β × β)
h₁ : u₁ ∈ 𝓤 β
u₁₀ : u₁ ○ u₁ ⊆ u₀
⊢ u₀ ∈ map (fun x_1 => (f x, F x_1 (g x_1))) p

Tactic:
rcases hunif u₁ h₁ with ⟨s, sx, hs⟩

Result:
case intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
ι : Type x
inst✝¹ : UniformSpace β
F : ι → α → β
f : α → β
s✝ : Set α
x : α
p : Filter ι
g : ι → α
inst✝ : TopologicalSpace α
h : ContinuousWithinAt f s✝ x
hg : Tendsto g p (𝓝[s✝] x)
hunif : ∀ u ∈ 𝓤 β, ∃ t ∈ 𝓝[s✝] x, ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ t, (f y, F n y) ∈ u
u₀ : Set (β × β)
hu₀ : u₀ ∈ 𝓤 β
u₁ : Set (β × β)
h₁ : u₁ ∈ 𝓤 β
u₁₀ : u₁ ○ u₁ ⊆ u₀
s : Set α
sx : s ∈ 𝓝[s✝] x
hs : ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ s, (f y, F n y) ∈ u₁
⊢ u₀ ∈ map (fun x_1 => (f x, F x_1 (g x_1))) p

Proof state:
case intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
ι : Type x
inst✝¹ : UniformSpace β
F : ι → α → β
f : α → β
s✝ : Set α
x : α
p : Filter ι
g : ι → α
inst✝ : TopologicalSpace α
h : ContinuousWithinAt f s✝ x
hg : Tendsto g p (𝓝[s✝] x)
hunif : ∀ u ∈ 𝓤 β, ∃ t ∈ 𝓝[s✝] x, ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ t, (f y, F n y) ∈ u
u₀ : Set (β × β)
hu₀ : u₀ ∈ 𝓤 β
u₁ : Set (β × β)
h₁ : u₁ ∈ 𝓤 β
u₁₀ : u₁ ○ u₁ ⊆ u₀
s : Set α
sx : s ∈ 𝓝[s✝] x
hs : ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ s, (f y, F n y) ∈ u₁
A : ∀ᶠ (n : ι) in p, g n ∈ s
B : ∀ᶠ (n : ι) in p, (f x, f (g n)) ∈ u₁
⊢ u₀ ∈ map (fun x_1 => (f x, F x_1 (g x_1))) p

Tactic:
exact B.mp <| A.mp <| hs.mono fun y H1 H2 H3 => u₁₀ (prod_mk_mem_compRel H3 (H1 _ H2))

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
ι : Type x
inst✝¹ : UniformSpace β
F : ι → α → β
f : α → β
s✝ : Set α
x : α
p : Filter ι
g : ι → α
inst✝ : TopologicalSpace α
h : ContinuousWithinAt f s✝ x
hg : Tendsto g p (𝓝[s✝] x)
hunif : ∀ u ∈ 𝓤 β, ∃ t ∈ 𝓝[s✝] x, ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ t, (f y, F n y) ∈ u
u₀ : Set (β × β)
hu₀ : u₀ ∈ 𝓤 β
u₁ : Set (β × β)
h₁ : u₁ ∈ 𝓤 β
u₁₀ : u₁ ○ u₁ ⊆ u₀
s : Set α
sx : s ∈ 𝓝[s✝] x
hs : ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ s, (f y, F n y) ∈ u₁
⊢ u₀ ∈ map (fun x_1 => (f x, F x_1 (g x_1))) p

Tactic:
have A : ∀ᶠ n in p, g n ∈ s := hg sx

Result:
case intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
ι : Type x
inst✝¹ : UniformSpace β
F : ι → α → β
f : α → β
s✝ : Set α
x : α
p : Filter ι
g : ι → α
inst✝ : TopologicalSpace α
h : ContinuousWithinAt f s✝ x
hg : Tendsto g p (𝓝[s✝] x)
hunif : ∀ u ∈ 𝓤 β, ∃ t ∈ 𝓝[s✝] x, ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ t, (f y, F n y) ∈ u
u₀ : Set (β × β)
hu₀ : u₀ ∈ 𝓤 β
u₁ : Set (β × β)
h₁ : u₁ ∈ 𝓤 β
u₁₀ : u₁ ○ u₁ ⊆ u₀
s : Set α
sx : s ∈ 𝓝[s✝] x
hs : ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ s, (f y, F n y) ∈ u₁
A : ∀ᶠ (n : ι) in p, g n ∈ s
⊢ u₀ ∈ map (fun x_1 => (f x, F x_1 (g x_1))) p

Proof state:
case intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
ι : Type x
inst✝¹ : UniformSpace β
F : ι → α → β
f : α → β
s✝ : Set α
x : α
p : Filter ι
g : ι → α
inst✝ : TopologicalSpace α
h : ContinuousWithinAt f s✝ x
hg : Tendsto g p (𝓝[s✝] x)
hunif : ∀ u ∈ 𝓤 β, ∃ t ∈ 𝓝[s✝] x, ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ t, (f y, F n y) ∈ u
u₀ : Set (β × β)
hu₀ : u₀ ∈ 𝓤 β
u₁ : Set (β × β)
h₁ : u₁ ∈ 𝓤 β
u₁₀ : u₁ ○ u₁ ⊆ u₀
s : Set α
sx : s ∈ 𝓝[s✝] x
hs : ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ s, (f y, F n y) ∈ u₁
A : ∀ᶠ (n : ι) in p, g n ∈ s
⊢ u₀ ∈ map (fun x_1 => (f x, F x_1 (g x_1))) p

Tactic:
have B : ∀ᶠ n in p, (f x, f (g n)) ∈ u₁ := hg (Uniform.continuousWithinAt_iff'_right.1 h h₁)

Result:
case intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
ι : Type x
inst✝¹ : UniformSpace β
F : ι → α → β
f : α → β
s✝ : Set α
x : α
p : Filter ι
g : ι → α
inst✝ : TopologicalSpace α
h : ContinuousWithinAt f s✝ x
hg : Tendsto g p (𝓝[s✝] x)
hunif : ∀ u ∈ 𝓤 β, ∃ t ∈ 𝓝[s✝] x, ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ t, (f y, F n y) ∈ u
u₀ : Set (β × β)
hu₀ : u₀ ∈ 𝓤 β
u₁ : Set (β × β)
h₁ : u₁ ∈ 𝓤 β
u₁₀ : u₁ ○ u₁ ⊆ u₀
s : Set α
sx : s ∈ 𝓝[s✝] x
hs : ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ s, (f y, F n y) ∈ u₁
A : ∀ᶠ (n : ι) in p, g n ∈ s
B : ∀ᶠ (n : ι) in p, (f x, f (g n)) ∈ u₁
⊢ u₀ ∈ map (fun x_1 => (f x, F x_1 (g x_1))) p

Proof state:
α : Type u
β : Type v
ι : Type x
inst✝¹ : UniformSpace β
F : ι → α → β
f : α → β
s : Set α
x : α
p : Filter ι
g : ι → α
inst✝ : TopologicalSpace α
h : ContinuousWithinAt f s x
hg : Tendsto g p (𝓝[s] x)
hunif : ∀ u ∈ 𝓤 β, ∃ t ∈ 𝓝[s] x, ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ t, (f y, F n y) ∈ u
⊢ Tendsto (fun n => F n (g n)) p (𝓝 (f x))

Tactic:
refine Uniform.tendsto_nhds_right.2 fun u₀ hu₀ => ?_

Result:
α : Type u
β : Type v
ι : Type x
inst✝¹ : UniformSpace β
F : ι → α → β
f : α → β
s : Set α
x : α
p : Filter ι
g : ι → α
inst✝ : TopologicalSpace α
h : ContinuousWithinAt f s x
hg : Tendsto g p (𝓝[s] x)
hunif : ∀ u ∈ 𝓤 β, ∃ t ∈ 𝓝[s] x, ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ t, (f y, F n y) ∈ u
u₀ : Set (β × β)
hu₀ : u₀ ∈ 𝓤 β
⊢ u₀ ∈ map (fun x_1 => (f x, F x_1 (g x_1))) p

Proof state:
α : Type u
β : Type v
ι : Type x
inst✝¹ : UniformSpace β
F : ι → α → β
f : α → β
s : Set α
x : α
p : Filter ι
g : ι → α
inst✝ : TopologicalSpace α
h : ContinuousWithinAt f s x
hg : Tendsto g p (𝓝[s] x)
hunif : ∀ u ∈ 𝓤 β, ∃ t ∈ 𝓝[s] x, ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ t, (f y, F n y) ∈ u
u₀ : Set (β × β)
hu₀ : u₀ ∈ 𝓤 β
⊢ u₀ ∈ map (fun x_1 => (f x, F x_1 (g x_1))) p

Tactic:
obtain ⟨u₁, h₁, u₁₀⟩ : ∃ u ∈ 𝓤 β, u ○ u ⊆ u₀ := comp_mem_uniformity_sets hu₀

Result:
case intro.intro
α : Type u
β : Type v
ι : Type x
inst✝¹ : UniformSpace β
F : ι → α → β
f : α → β
s : Set α
x : α
p : Filter ι
g : ι → α
inst✝ : TopologicalSpace α
h : ContinuousWithinAt f s x
hg : Tendsto g p (𝓝[s] x)
hunif : ∀ u ∈ 𝓤 β, ∃ t ∈ 𝓝[s] x, ∀ᶠ (n : ι) in p, ∀ y ∈ t, (f y, F n y) ∈ u
u₀ : Set (β × β)
hu₀ : u₀ ∈ 𝓤 β
u₁ : Set (β × β)
h₁ : u₁ ∈ 𝓤 β
u₁₀ : u₁ ○ u₁ ⊆ u₀
⊢ u₀ ∈ map (fun x_1 => (f x, F x_1 (g x_1))) p