-- Mathlib/Combinatorics/Additive/VerySmallDoubling.lean
private lemma subgroup_strong_bound_right (h : #(A * A) < (3 / 2 : ℚ) * #A) (a : G) (ha : a ∈ A) :
    a • op a • (A⁻¹ * A) ⊆ A * A

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝¹ : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝ : #l = #A
this : #r = #A
⊢ z ∈ A * A

Tactic:
have : #(l ∪ r) < 2 * #A := by
  refine (card_le_card lr).trans_lt ?_
  rw [card_smul_finset]
  exact weak_invMulSubgroup_bound h

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝² : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝¹ : #l = #A
this✝ : #r = #A
this : #(l ∪ r) < 2 * #A
⊢ z ∈ A * A

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
⊢ z ∈ A * A

Tactic:
let l : Finset G := A ∩ ((z * a⁻¹) • (A⁻¹ * A))

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
⊢ z ∈ A * A

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝² : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝¹ : #l = #A
this✝ : #r = #A
this : #(l ∪ r) < 2 * #A
t : G
ht : t ∈ l ∩ r
⊢ z ∈ A * A

Tactic:
simp only [hl, hr, mem_inter, ← inv_smul_mem_iff, smul_eq_mul, mem_inv', mul_inv_rev,
  inv_inv] at ht

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝² : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝¹ : #l = #A
this✝ : #r = #A
this : #(l ∪ r) < 2 * #A
t : G
ht : t ∈ A ∧ t⁻¹ * z ∈ A
⊢ z ∈ A * A

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝² : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝¹ : #l = #A
this✝ : #r = #A
this : #(l ∪ r) < 2 * #A
t : G
ht : t ∈ A ∧ t⁻¹ * z ∈ A
⊢ z ∈ A * A

Tactic:
rw [mem_mul]

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝² : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝¹ : #l = #A
this✝ : #r = #A
this : #(l ∪ r) < 2 * #A
t : G
ht : t ∈ A ∧ t⁻¹ * z ∈ A
⊢ ∃ y ∈ A, ∃ z_1 ∈ A, y * z_1 = z

Proof state:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
⊢ a •> ((A⁻¹ * A) <• a) ⊆ A * A

Tactic:
intro z hz

Result:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z : G
hz : z ∈ a •> ((A⁻¹ * A) <• a)
⊢ z ∈ A * A

Proof state:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝¹ : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝ : #l = #A
this : #r = #A
⊢ #(A⁻¹ * A) < 2 * #A

Tactic:
exact weak_invMulSubgroup_bound h

Result:
no goals

Proof state:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
⊢ a * a⁻¹ * c⁻¹ * b * a⁻¹ ∈ A⁻¹ * A * A⁻¹

Tactic:
simp [mul_mem_mul, mem_inv, ha, hb, hc]

Result:
no goals

Proof state:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝² : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝¹ : #l = #A
this✝ : #r = #A
this : #(l ∪ r) < 2 * #A
⊢ 0 < #(l ∩ r)

Tactic:
linarith [card_inter_add_card_union l r]

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
⊢ z ∈ A * A

Tactic:
let r : Finset G := (a • (A⁻¹ * A)) ∩ (z • A⁻¹)

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
⊢ z ∈ A * A

Proof state:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
⊢ r = z •> A⁻¹

Tactic:
rw [inter_eq_right, ← this, mul_assoc _ A,
  ← mul_inv_eq_inv_mul_of_doubling_lt_two (weaken_doubling h), subset_smul_finset_iff]

Result:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
⊢ a⁻¹ •> z •> A⁻¹ ⊆ A⁻¹ * (A * (A * A⁻¹))

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝² : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝¹ : #l = #A
this✝ : #r = #A
this : #(l ∪ r) < 2 * #A
t : G
ht : t ∈ A ∧ t⁻¹ * z ∈ A
⊢ ∃ y ∈ A, ∃ z_1 ∈ A, y * z_1 = z

Tactic:
exact ⟨t, ht.1, t⁻¹ * z, ht.2, by simp⟩

Result:
no goals