-- Mathlib/Combinatorics/SimpleGraph/Regularity/Chunk.lean
theorem edgeDensity_chunk_uniform [Nonempty α] (hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ card α)
    (hPε : ↑100 ≤ ↑4 ^ #P.parts * ε ^ 5) (hU : U ∈ P.parts) (hV : V ∈ P.parts) :
    (G.edgeDensity U V : ℝ) ^ 2 - ε ^ 5 / ↑25 ≤
    (∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts,
      (G.edgeDensity ab.1 ab.2 : ℝ) ^ 2) / ↑16 ^ #P.parts

Proof state:
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
U V : Finset α
inst✝ : Nonempty α
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
hU : U ∈ P.parts
hV : V ∈ P.parts
key : 16 ^ #P.parts = ↑(#((chunk hP G ε hU).parts ×ˢ (chunk hP G ε hV).parts))
⊢ ((∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts, ↑(G.edgeDensity ab.1 ab.2)) / 16 ^ #P.parts) ^ 2 ≤
    (∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts, ↑(G.edgeDensity ab.1 ab.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts

Tactic:
simp_rw [key]

Result:
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
U V : Finset α
inst✝ : Nonempty α
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
hU : U ∈ P.parts
hV : V ∈ P.parts
key : 16 ^ #P.parts = ↑(#((chunk hP G ε hU).parts ×ˢ (chunk hP G ε hV).parts))
⊢ ((∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts, ↑(G.edgeDensity ab.1 ab.2)) /
        ↑(#((chunk hP G ε hU).parts ×ˢ (chunk hP G ε hV).parts))) ^
      2 ≤
    (∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts, ↑(G.edgeDensity ab.1 ab.2) ^ 2) /
      ↑(#((chunk hP G ε hU).parts ×ˢ (chunk hP G ε hV).parts))

Proof state:
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
U V : Finset α
inst✝ : Nonempty α
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
hU : U ∈ P.parts
hV : V ∈ P.parts
⊢ 16 ^ #P.parts = ↑(#((chunk hP G ε hU).parts ×ˢ (chunk hP G ε hV).parts))

Tactic:
rw [card_product, cast_mul, card_chunk (m_pos hPα).ne', card_chunk (m_pos hPα).ne', ←
  cast_mul, ← mul_pow]

Result:
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
U V : Finset α
inst✝ : Nonempty α
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
hU : U ∈ P.parts
hV : V ∈ P.parts
⊢ 16 ^ #P.parts = ↑((4 * 4) ^ #P.parts)

Proof state:
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
U V : Finset α
inst✝ : Nonempty α
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
hU : U ∈ P.parts
hV : V ∈ P.parts
⊢ ((∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts, ↑(G.edgeDensity ab.1 ab.2)) / 16 ^ #P.parts) ^ 2 ≤
    (∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts, ↑(G.edgeDensity ab.1 ab.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts

Tactic:
have key : (16 : ℝ) ^ #P.parts = #((chunk hP G ε hU).parts ×ˢ (chunk hP G ε hV).parts) := by
  rw [card_product, cast_mul, card_chunk (m_pos hPα).ne', card_chunk (m_pos hPα).ne', ←
    cast_mul, ← mul_pow]; norm_cast

Result:
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
U V : Finset α
inst✝ : Nonempty α
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
hU : U ∈ P.parts
hV : V ∈ P.parts
key : 16 ^ #P.parts = ↑(#((chunk hP G ε hU).parts ×ˢ (chunk hP G ε hV).parts))
⊢ ((∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts, ↑(G.edgeDensity ab.1 ab.2)) / 16 ^ #P.parts) ^ 2 ≤
    (∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts, ↑(G.edgeDensity ab.1 ab.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts

Proof state:
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
U V : Finset α
inst✝ : Nonempty α
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
hU : U ∈ P.parts
hV : V ∈ P.parts
key : 16 ^ #P.parts = ↑(#((chunk hP G ε hU).parts ×ˢ (chunk hP G ε hV).parts))
⊢ ((∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts, ↑(G.edgeDensity ab.1 ab.2)) /
        ↑(#((chunk hP G ε hU).parts ×ˢ (chunk hP G ε hV).parts))) ^
      2 ≤
    (∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts, ↑(G.edgeDensity ab.1 ab.2) ^ 2) /
      ↑(#((chunk hP G ε hU).parts ×ˢ (chunk hP G ε hV).parts))

Tactic:
convert sum_div_card_sq_le_sum_sq_div_card (α := ℝ)

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
U V : Finset α
inst✝ : Nonempty α
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
hU : U ∈ P.parts
hV : V ∈ P.parts
⊢ 16 ^ #P.parts = ↑((4 * 4) ^ #P.parts)

Tactic:
norm_cast

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
U V : Finset α
inst✝ : Nonempty α
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
hU : U ∈ P.parts
hV : V ∈ P.parts
⊢ ↑(G.edgeDensity U V) ^ 2 - ε ^ 5 / 25 ≤
    (∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts, ↑(G.edgeDensity ab.1 ab.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts

Tactic:
apply (edgeDensity_chunk_aux (hP := hP) hPα hPε hU hV).trans

Result:
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
U V : Finset α
inst✝ : Nonempty α
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
hU : U ∈ P.parts
hV : V ∈ P.parts
⊢ ((∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts, ↑(G.edgeDensity ab.1 ab.2)) / 16 ^ #P.parts) ^ 2 ≤
    (∑ ab ∈ (chunk hP G ε hU).parts.product (chunk hP G ε hV).parts, ↑(G.edgeDensity ab.1 ab.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts