-- Mathlib/Topology/Semicontinuous.lean
theorem LowerSemicontinuousWithinAt.add' {f g : α → γ} (hf : LowerSemicontinuousWithinAt f s x)
    (hg : LowerSemicontinuousWithinAt g s x)
    (hcont : ContinuousAt (fun p : γ × γ => p.1 + p.2) (f x, g x)) :
    LowerSemicontinuousWithinAt (fun z => f z + g z) s x

Proof state:
α : Type u_1
inst✝³ : TopologicalSpace α
x : α
s : Set α
γ : Type u_4
inst✝² : LinearOrderedAddCommMonoid γ
inst✝¹ : TopologicalSpace γ
inst✝ : OrderTopology γ
f g : α → γ
hf : LowerSemicontinuousWithinAt f s x
hg : LowerSemicontinuousWithinAt g s x
hcont : ContinuousAt (fun p => p.1 + p.2) (f x, g x)
y : γ
hy : y < (fun z => f z + g z) x
u v : Set γ
u_open : IsOpen u
xu : f x ∈ u
v_open : IsOpen v
xv : g x ∈ v
h : u ×ˢ v ⊆ {p | y < p.1 + p.2}
hx₁ : ∃ l, l < f x
z₁ : γ
z₁lt : z₁ < f x
h₁ : Ioc z₁ (f x) ⊆ u
hx₂ : ∃ l, l < g x
z₂ : γ
z₂lt : z₂ < g x
h₂ : Ioc z₂ (g x) ⊆ v
z : α
h₁z : z₁ < f z
h₂z : z₂ < g z
A1 : f z ⊓ f x ∈ u
⊢ g z ⊓ g x ∈ v

Tactic:
by_cases H : g z ≤ g x

Result:
case pos
α : Type u_1
inst✝³ : TopologicalSpace α
x : α
s : Set α
γ : Type u_4
inst✝² : LinearOrderedAddCommMonoid γ
inst✝¹ : TopologicalSpace γ
inst✝ : OrderTopology γ
f g : α → γ
hf : LowerSemicontinuousWithinAt f s x
hg : LowerSemicontinuousWithinAt g s x
hcont : ContinuousAt (fun p => p.1 + p.2) (f x, g x)
y : γ
hy : y < (fun z => f z + g z) x
u v : Set γ
u_open : IsOpen u
xu : f x ∈ u
v_open : IsOpen v
xv : g x ∈ v
h : u ×ˢ v ⊆ {p | y < p.1 + p.2}
hx₁ : ∃ l, l < f x
z₁ : γ
z₁lt : z₁ < f x
h₁ : Ioc z₁ (f x) ⊆ u
hx₂ : ∃ l, l < g x
z₂ : γ
z₂lt : z₂ < g x
h₂ : Ioc z₂ (g x) ⊆ v
z : α
h₁z : z₁ < f z
h₂z : z₂ < g z
A1 : f z ⊓ f x ∈ u
H : g z ≤ g x
⊢ g z ⊓ g x ∈ v

case neg
α : Type u_1
inst✝³ : TopologicalSpace α
x : α
s : Set α
γ : Type u_4
inst✝² : LinearOrderedAddCommMonoid γ
inst✝¹ : TopologicalSpace γ
inst✝ : OrderTopology γ
f g : α → γ
hf : LowerSemicontinuousWithinAt f s x
hg : LowerSemicontinuousWithinAt g s x
hcont : ContinuousAt (fun p => p.1 + p.2) (f x, g x)
y : γ
hy : y < (fun z => f z + g z) x
u v : Set γ
u_open : IsOpen u
xu : f x ∈ u
v_open : IsOpen v
xv : g x ∈ v
h : u ×ˢ v ⊆ {p | y < p.1 + p.2}
hx₁ : ∃ l, l < f x
z₁ : γ
z₁lt : z₁ < f x
h₁ : Ioc z₁ (f x) ⊆ u
hx₂ : ∃ l, l < g x
z₂ : γ
z₂lt : z₂ < g x
h₂ : Ioc z₂ (g x) ⊆ v
z : α
h₁z : z₁ < f z
h₂z : z₂ < g z
A1 : f z ⊓ f x ∈ u
H : ¬g z ≤ g x
⊢ g z ⊓ g x ∈ v

Proof state:
case neg
α : Type u_1
inst✝³ : TopologicalSpace α
x : α
s : Set α
γ : Type u_4
inst✝² : LinearOrderedAddCommMonoid γ
inst✝¹ : TopologicalSpace γ
inst✝ : OrderTopology γ
f g : α → γ
hf : LowerSemicontinuousWithinAt f s x
hg : LowerSemicontinuousWithinAt g s x
hcont : ContinuousAt (fun p => p.1 + p.2) (f x, g x)
y : γ
hy : y < (fun z => f z + g z) x
u v : Set γ
u_open : IsOpen u
xu : f x ∈ u
v_open : IsOpen v
xv : g x ∈ v
h : u ×ˢ v ⊆ {p | y < p.1 + p.2}
hx₁ : ∀ (x_1 : γ), f x ≤ x_1
hx₂ : ∀ (x_1 : γ), g x ≤ x_1
⊢ ∀ᶠ (x' : α) in 𝓝[s] x, y < (fun z => f z + g z) x'

Tactic:
apply Filter.Eventually.of_forall

Result:
case neg.hp
α : Type u_1
inst✝³ : TopologicalSpace α
x : α
s : Set α
γ : Type u_4
inst✝² : LinearOrderedAddCommMonoid γ
inst✝¹ : TopologicalSpace γ
inst✝ : OrderTopology γ
f g : α → γ
hf : LowerSemicontinuousWithinAt f s x
hg : LowerSemicontinuousWithinAt g s x
hcont : ContinuousAt (fun p => p.1 + p.2) (f x, g x)
y : γ
hy : y < (fun z => f z + g z) x
u v : Set γ
u_open : IsOpen u
xu : f x ∈ u
v_open : IsOpen v
xv : g x ∈ v
h : u ×ˢ v ⊆ {p | y < p.1 + p.2}
hx₁ : ∀ (x_1 : γ), f x ≤ x_1
hx₂ : ∀ (x_1 : γ), g x ≤ x_1
⊢ ∀ (x : α), y < (fun z => f z + g z) x

Proof state:
case neg
α : Type u_1
inst✝³ : TopologicalSpace α
x : α
s : Set α
γ : Type u_4
inst✝² : LinearOrderedAddCommMonoid γ
inst✝¹ : TopologicalSpace γ
inst✝ : OrderTopology γ
f g : α → γ
hf : LowerSemicontinuousWithinAt f s x
hg : LowerSemicontinuousWithinAt g s x
hcont : ContinuousAt (fun p => p.1 + p.2) (f x, g x)
y : γ
hy : y < (fun z => f z + g z) x
u v : Set γ
u_open : IsOpen u
xu : f x ∈ u
v_open : IsOpen v
xv : g x ∈ v
h : u ×ˢ v ⊆ {p | y < p.1 + p.2}
hx₁ : ∀ (x_1 : γ), f x ≤ x_1
hx₂ : ¬∃ l, l < g x
⊢ ∀ᶠ (x' : α) in 𝓝[s] x, y < (fun z => f z + g z) x'

Tactic:
simp only [not_exists, not_lt] at hx₁ hx₂

Result:
case neg
α : Type u_1
inst✝³ : TopologicalSpace α
x : α
s : Set α
γ : Type u_4
inst✝² : LinearOrderedAddCommMonoid γ
inst✝¹ : TopologicalSpace γ
inst✝ : OrderTopology γ
f g : α → γ
hf : LowerSemicontinuousWithinAt f s x
hg : LowerSemicontinuousWithinAt g s x
hcont : ContinuousAt (fun p => p.1 + p.2) (f x, g x)
y : γ
hy : y < (fun z => f z + g z) x
u v : Set γ
u_open : IsOpen u
xu : f x ∈ u
v_open : IsOpen v
xv : g x ∈ v
h : u ×ˢ v ⊆ {p | y < p.1 + p.2}
hx₁ : ∀ (x_1 : γ), f x ≤ x_1
hx₂ : ∀ (x_1 : γ), g x ≤ x_1
⊢ ∀ᶠ (x' : α) in 𝓝[s] x, y < (fun z => f z + g z) x'

Proof state:
α : Type u_1
inst✝³ : TopologicalSpace α
x : α
s : Set α
γ : Type u_4
inst✝² : LinearOrderedAddCommMonoid γ
inst✝¹ : TopologicalSpace γ
inst✝ : OrderTopology γ
f g : α → γ
hf : LowerSemicontinuousWithinAt f s x
hg : LowerSemicontinuousWithinAt g s x
hcont : ContinuousAt (fun p => p.1 + p.2) (f x, g x)
⊢ LowerSemicontinuousWithinAt (fun z => f z + g z) s x

Tactic:
intro y hy

Result:
α : Type u_1
inst✝³ : TopologicalSpace α
x : α
s : Set α
γ : Type u_4
inst✝² : LinearOrderedAddCommMonoid γ
inst✝¹ : TopologicalSpace γ
inst✝ : OrderTopology γ
f g : α → γ
hf : LowerSemicontinuousWithinAt f s x
hg : LowerSemicontinuousWithinAt g s x
hcont : ContinuousAt (fun p => p.1 + p.2) (f x, g x)
y : γ
hy : y < (fun z => f z + g z) x
⊢ ∀ᶠ (x' : α) in 𝓝[s] x, y < (fun z => f z + g z) x'

Proof state:
α : Type u_1
inst✝³ : TopologicalSpace α
x : α
s : Set α
γ : Type u_4
inst✝² : LinearOrderedAddCommMonoid γ
inst✝¹ : TopologicalSpace γ
inst✝ : OrderTopology γ
f g : α → γ
hf : LowerSemicontinuousWithinAt f s x
hg : LowerSemicontinuousWithinAt g s x
hcont : ContinuousAt (fun p => p.1 + p.2) (f x, g x)
y : γ
hy : y < (fun z => f z + g z) x
⊢ ∀ᶠ (x' : α) in 𝓝[s] x, y < (fun z => f z + g z) x'

Tactic:
obtain ⟨u, v, u_open, xu, v_open, xv, h⟩ :
  ∃ u v : Set γ,
    IsOpen u ∧ f x ∈ u ∧ IsOpen v ∧ g x ∈ v ∧ u ×ˢ v ⊆ { p : γ × γ | y < p.fst + p.snd } :=
  mem_nhds_prod_iff'.1 (hcont (isOpen_Ioi.mem_nhds hy))

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝³ : TopologicalSpace α
x : α
s : Set α
γ : Type u_4
inst✝² : LinearOrderedAddCommMonoid γ
inst✝¹ : TopologicalSpace γ
inst✝ : OrderTopology γ
f g : α → γ
hf : LowerSemicontinuousWithinAt f s x
hg : LowerSemicontinuousWithinAt g s x
hcont : ContinuousAt (fun p => p.1 + p.2) (f x, g x)
y : γ
hy : y < (fun z => f z + g z) x
u v : Set γ
u_open : IsOpen u
xu : f x ∈ u
v_open : IsOpen v
xv : g x ∈ v
h : u ×ˢ v ⊆ {p | y < p.1 + p.2}
⊢ ∀ᶠ (x' : α) in 𝓝[s] x, y < (fun z => f z + g z) x'