-- Mathlib/Data/Real/Archimedean.lean
theorem exists_isLUB (hne : s.Nonempty) (hbdd : BddAbove s) : ∃ x, IsLUB s x

Proof state:
case intro.intro
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
hf₂ : ∀ n > 0, ∀ y ∈ s, y - (↑n)⁻¹ < ↑(↑(f n) / ↑n)
hg : IsCauSeq abs fun n => ↑(f n) / ↑n
g : CauSeq ℚ abs := ⟨fun n => ↑(f n) / ↑n, hg⟩
⊢ ∃ x, IsLUB s x

Tactic:
refine ⟨mk g, ⟨fun x xS => ?_, fun y h => ?_⟩⟩

Result:
case intro.intro.refine_1
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
hf₂ : ∀ n > 0, ∀ y ∈ s, y - (↑n)⁻¹ < ↑(↑(f n) / ↑n)
hg : IsCauSeq abs fun n => ↑(f n) / ↑n
g : CauSeq ℚ abs := ⟨fun n => ↑(f n) / ↑n, hg⟩
x : ℝ
xS : x ∈ s
⊢ x ≤ mk g

case intro.intro.refine_2
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
hf₂ : ∀ n > 0, ∀ y ∈ s, y - (↑n)⁻¹ < ↑(↑(f n) / ↑n)
hg : IsCauSeq abs fun n => ↑(f n) / ↑n
g : CauSeq ℚ abs := ⟨fun n => ↑(f n) / ↑n, hg⟩
y : ℝ
h : y ∈ upperBounds s
⊢ mk g ≤ y

Proof state:
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this✝ : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
n : ℕ
n0 : n > 0
y : ℝ
yS : y ∈ s
this : y * ↑n - 1 < ↑(f n)
⊢ y - (↑n)⁻¹ < ↑(↑(f n) / ↑n)

Tactic:
simp only [Rat.cast_div, Rat.cast_intCast, Rat.cast_natCast, gt_iff_lt]

Result:
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this✝ : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
n : ℕ
n0 : n > 0
y : ℝ
yS : y ∈ s
this : y * ↑n - 1 < ↑(f n)
⊢ y - (↑n)⁻¹ < ↑(f n) / ↑n

Proof state:
case intro.intro.refine_1.intro
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
hf₂ : ∀ n > 0, ∀ y ∈ s, y - (↑n)⁻¹ < ↑(↑(f n) / ↑n)
hg : IsCauSeq abs fun n => ↑(f n) / ↑n
g : CauSeq ℚ abs := ⟨fun n => ↑(f n) / ↑n, hg⟩
x : ℝ
xS : x ∈ s
z : ℝ
xz : z < x
K : ℕ
hK : (x - z)⁻¹ < ↑K
⊢ z ≤ mk g

Tactic:
refine le_mk_of_forall_le ⟨K, fun n nK => ?_⟩

Result:
case intro.intro.refine_1.intro
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
hf₂ : ∀ n > 0, ∀ y ∈ s, y - (↑n)⁻¹ < ↑(↑(f n) / ↑n)
hg : IsCauSeq abs fun n => ↑(f n) / ↑n
g : CauSeq ℚ abs := ⟨fun n => ↑(f n) / ↑n, hg⟩
x : ℝ
xS : x ∈ s
z : ℝ
xz : z < x
K : ℕ
hK : (x - z)⁻¹ < ↑K
n : ℕ
nK : n ≥ K
⊢ z ≤ ↑(↑g n)

Proof state:
case intro.intro.refine_2
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
hf₂ : ∀ n > 0, ∀ y ∈ s, y - (↑n)⁻¹ < ↑(↑(f n) / ↑n)
hg : IsCauSeq abs fun n => ↑(f n) / ↑n
g : CauSeq ℚ abs := ⟨fun n => ↑(f n) / ↑n, hg⟩
y : ℝ
h : y ∈ upperBounds s
⊢ mk g ≤ y

Tactic:
exact
  mk_le_of_forall_le
    ⟨1, fun n n1 =>
      let ⟨x, xS, hx⟩ := hf₁ _ n1
      le_trans hx (h xS)⟩

Result:
no goals

Proof state:
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this✝ : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
n : ℕ
n0 : n > 0
y : ℝ
yS : y ∈ s
this : y * ↑n - 1 < ↑(f n)
⊢ y - (↑n)⁻¹ < ↑(f n) / ↑n

Tactic:
rwa [lt_div_iff₀ (Nat.cast_pos.2 n0 : (_ : ℝ) < _), sub_mul, inv_mul_cancel₀]

Result:
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this✝ : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
n : ℕ
n0 : n > 0
y : ℝ
yS : y ∈ s
this : y * ↑n - 1 < ↑(f n)
⊢ ↑n ≠ 0

Proof state:
case intro
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
k : ℤ
hk : U < ↑k
d : ℕ
z : ℤ
h : z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
⊢ z ≤ k * ↑d

Tactic:
rcases h with ⟨y, yS, hy⟩

Result:
case intro.intro.intro
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
k : ℤ
hk : U < ↑k
d : ℕ
z : ℤ
y : ℝ
yS : y ∈ s
hy : ↑z ≤ y * ↑d
⊢ z ≤ k * ↑d

Proof state:
case intro.intro
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
hf₂ : ∀ n > 0, ∀ y ∈ s, y - (↑n)⁻¹ < ↑(↑(f n) / ↑n)
ε : ℚ
ε0 : ε > 0
j k : ℕ
ij : ε⁻¹ ≤ ↑j
ik : ε⁻¹ ≤ ↑k
j0 : 0 < j
k0 : 0 < k
y : ℝ
yS : y ∈ s
hy : ↑(↑(f j) / ↑j) ≤ y
⊢ ↑(f j) / ↑j - ↑(f k) / ↑k < ε

Tactic:
refine lt_of_lt_of_le ((Rat.cast_lt (K := ℝ)).1 ?_) ((inv_le_comm₀ ε0 (Nat.cast_pos.2 k0)).1 ik)

Result:
case intro.intro
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
hf₂ : ∀ n > 0, ∀ y ∈ s, y - (↑n)⁻¹ < ↑(↑(f n) / ↑n)
ε : ℚ
ε0 : ε > 0
j k : ℕ
ij : ε⁻¹ ≤ ↑j
ik : ε⁻¹ ≤ ↑k
j0 : 0 < j
k0 : 0 < k
y : ℝ
yS : y ∈ s
hy : ↑(↑(f j) / ↑j) ≤ y
⊢ ↑(↑(f j) / ↑j - ↑(f k) / ↑k) < ↑(↑k)⁻¹

Proof state:
case intro.intro
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
⊢ ∃ x, IsLUB s x

Tactic:
have : ∀ d : ℕ, BddAbove { m : ℤ | ∃ y ∈ s, (m : ℝ) ≤ y * d } := by
  obtain ⟨k, hk⟩ := exists_int_gt U
  refine fun d => ⟨k * d, fun z h => ?_⟩
  rcases h with ⟨y, yS, hy⟩
  refine Int.cast_le.1 (hy.trans ?_)
  push_cast
  exact mul_le_mul_of_nonneg_right ((hU yS).trans hk.le) d.cast_nonneg

Result:
case intro.intro
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
⊢ ∃ x, IsLUB s x

Proof state:
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
⊢ ∀ n > 0, ∀ y ∈ s, y - (↑n)⁻¹ < ↑(↑(f n) / ↑n)

Tactic:
intro n n0 y yS

Result:
s : Set ℝ
L : ℝ
hL : L ∈ s
U : ℝ
hU : U ∈ upperBounds s
this : ∀ (d : ℕ), BddAbove {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}
f : ℕ → ℤ
hf : ∀ (d : ℕ), f d ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d} ∧ ∀ z ∈ {m | ∃ y ∈ s, ↑m ≤ y * ↑d}, z ≤ f d
hf₁ : ∀ n > 0, ∃ y ∈ s, ↑(↑(f n) / ↑n) ≤ y
n : ℕ
n0 : n > 0
y : ℝ
yS : y ∈ s
⊢ y - (↑n)⁻¹ < ↑(↑(f n) / ↑n)