-- Mathlib/NumberTheory/Transcendental/Liouville/Measure.lean
theorem setOf_liouvilleWith_subset_aux :
    { x : ℝ | ∃ p > 2, LiouvilleWith p x } ⊆
      ⋃ m : ℤ, (· + (m : ℝ)) ⁻¹' ⋃ n > (0 : ℕ),
        { x : ℝ | ∃ᶠ b : ℕ in atTop, ∃ a ∈ Finset.Icc (0 : ℤ) b,
          |x - (a : ℤ) / b| < 1 / (b : ℝ) ^ (2 + 1 / n : ℝ) }

Proof state:
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
a : ℤ
hlt : |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑n.succ)
hb : 1 ≤ ↑b
hb0 : 0 < ↑b
⊢ ↑b ≤ ↑b ^ (2 + 1 / ↑n.succ)

Tactic:
calc
  (b : ℝ) = (b : ℝ) ^ (1 : ℝ) := (rpow_one _).symm
  _ ≤ (b : ℝ) ^ (2 + 1 / (n + 1 : ℕ) : ℝ) :=
    rpow_le_rpow_of_exponent_le hb (one_le_two.trans ?_)

Result:
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
a : ℤ
hlt : |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑n.succ)
hb : 1 ≤ ↑b
hb0 : 0 < ↑b
⊢ 2 ≤ 2 + 1 / ↑(n + 1)

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_2
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
a : ℤ
hb : 1 ≤ ↑b
hb0 : 0 < ↑b
hlt : x * ↑b - 1 < ↑a ∧ ↑a < 1 + x * ↑b
⊢ x * ↑b ≤ ↑b

Tactic:
exact mul_le_of_le_one_left hb0.le hx01.2.le

Result:
no goals

Proof state:
⊢ {x | ∃ p > 2, LiouvilleWith p x} ⊆
    ⋃ m,
      (fun x => x + ↑m) ⁻¹'
        ⋃ n, ⋃ (_ : n > 0), {x | ∃ᶠ (b : ℕ) in atTop, ∃ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b, |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑n)}

Tactic:
rintro x ⟨p, hp, hxp⟩

Result:
case intro.intro
x p : ℝ
hp : p > 2
hxp : LiouvilleWith p x
⊢ x ∈
    ⋃ m,
      (fun x => x + ↑m) ⁻¹'
        ⋃ n, ⋃ (_ : n > 0), {x | ∃ᶠ (b : ℕ) in atTop, ∃ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b, |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑n)}

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
a : ℤ
hlt : |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑n.succ)
hb : 1 ≤ ↑b
⊢ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b

Tactic:
have hb0 : (0 : ℝ) < b := zero_lt_one.trans_le hb

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
a : ℤ
hlt : |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑n.succ)
hb : 1 ≤ ↑b
hb0 : 0 < ↑b
⊢ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
hb : 1 ≤ b
a : ℤ
hlt : |x - ↑a / ↑b| < ↑b ^ (-(2 + 1 / (↑n + 1)))
⊢ ∃ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b, |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑(n + 1))

Tactic:
rw [rpow_neg b.cast_nonneg, ← one_div, ← Nat.cast_succ] at hlt

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
hb : 1 ≤ b
a : ℤ
hlt : |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑n.succ)
⊢ ∃ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b, |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑(n + 1))

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_1
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
a : ℤ
hb : 1 ≤ ↑b
hb0 : 0 < ↑b
hlt : x * ↑b - 1 < ↑a ∧ ↑a < 1 + x * ↑b
⊢ -1 ≤ x * ↑b - 1

Tactic:
simp only [mul_nonneg hx01.left b.cast_nonneg, neg_le_sub_iff_le_add, le_add_iff_nonneg_left]

Result:
no goals

Proof state:
x p : ℝ
hp : p > 2
hxp : LiouvilleWith p x
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
this :
  ∀ (y : ℝ),
    LiouvilleWith p y →
      y ∈ Ico 0 1 → ∃ᶠ (b : ℕ) in atTop, ∃ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b, |y - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑(n + 1))
hx : x + ↑(-⌊x⌋) ∈ Ico 0 1
⊢ ∃ i i_1,
    ∃ (_ : i_1 > 0), x + ↑i ∈ {x | ∃ᶠ (b : ℕ) in atTop, ∃ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b, |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑i_1)}

Tactic:
exact ⟨-⌊x⌋, n + 1, n.succ_pos, this _ (hxp.add_int _) hx⟩

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
a : ℤ
hb : 1 ≤ ↑b
hb0 : 0 < ↑b
hlt : x * ↑b - 1 < ↑a ∧ ↑a < 1 + x * ↑b
⊢ ↑(-1) < ↑a ∧ ↑a < ↑(1 + ↑b)

Tactic:
push_cast

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
a : ℤ
hb : 1 ≤ ↑b
hb0 : 0 < ↑b
hlt : x * ↑b - 1 < ↑a ∧ ↑a < 1 + x * ↑b
⊢ -1 < ↑a ∧ ↑a < 1 + ↑b

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
a : ℤ
hb : 1 ≤ ↑b
hb0 : 0 < ↑b
hlt : x * ↑b - 1 < ↑a ∧ ↑a < 1 + x * ↑b
⊢ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b

Tactic:
rw [Finset.mem_Icc, ← Int.lt_add_one_iff, ← Int.lt_add_one_iff, ← neg_lt_iff_pos_add, add_comm, ←
  @Int.cast_lt ℝ, ← @Int.cast_lt ℝ]

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
a : ℤ
hb : 1 ≤ ↑b
hb0 : 0 < ↑b
hlt : x * ↑b - 1 < ↑a ∧ ↑a < 1 + x * ↑b
⊢ ↑(-1) < ↑a ∧ ↑a < ↑(1 + ↑b)

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
hb : 1 ≤ b
a : ℤ
hlt : |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑n.succ)
⊢ ∃ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b, |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑(n + 1))

Tactic:
refine ⟨a, ?_, hlt⟩

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
hb : 1 ≤ b
a : ℤ
hlt : |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑n.succ)
⊢ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b

Proof state:
case intro.intro
x p : ℝ
hp : p > 2
hxp : LiouvilleWith p x
⊢ x ∈
    ⋃ m,
      (fun x => x + ↑m) ⁻¹'
        ⋃ n, ⋃ (_ : n > 0), {x | ∃ᶠ (b : ℕ) in atTop, ∃ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b, |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑n)}

Tactic:
rcases exists_nat_one_div_lt (sub_pos.2 hp) with ⟨n, hn⟩

Result:
case intro.intro.intro
x p : ℝ
hp : p > 2
hxp : LiouvilleWith p x
n : ℕ
hn : 1 / (↑n + 1) < p - 2
⊢ x ∈
    ⋃ m,
      (fun x => x + ↑m) ⁻¹'
        ⋃ n, ⋃ (_ : n > 0), {x | ∃ᶠ (b : ℕ) in atTop, ∃ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b, |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑n)}

Proof state:
case intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
⊢ ∀ (y : ℝ),
    LiouvilleWith p y →
      y ∈ Ico 0 1 → ∃ᶠ (b : ℕ) in atTop, ∃ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b, |y - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑(n + 1))

Tactic:
intro x hxp hx01

Result:
case intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
⊢ ∃ᶠ (b : ℕ) in atTop, ∃ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b, |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑(n + 1))

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
a : ℤ
hlt : |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑n.succ)
hb : 1 ≤ ↑b
hb0 : 0 < ↑b
⊢ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b

Tactic:
replace hlt : |x - a / b| < 1 / b := by
  refine hlt.trans_le (one_div_le_one_div_of_le hb0 ?_)
  calc
    (b : ℝ) = (b : ℝ) ^ (1 : ℝ) := (rpow_one _).symm
    _ ≤ (b : ℝ) ^ (2 + 1 / (n + 1 : ℕ) : ℝ) :=
      rpow_le_rpow_of_exponent_le hb (one_le_two.trans ?_)
  simpa using n.cast_add_one_pos.le

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
x : ℝ
hxp : LiouvilleWith p x
hx01 : x ∈ Ico 0 1
b : ℕ
a : ℤ
hb : 1 ≤ ↑b
hb0 : 0 < ↑b
hlt : |x - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b
⊢ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b

Proof state:
case intro.intro.intro
x p : ℝ
hp : p > 2
hxp : LiouvilleWith p x
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
⊢ ∀ (y : ℝ),
    LiouvilleWith p y →
      y ∈ Ico 0 1 → ∃ᶠ (b : ℕ) in atTop, ∃ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b, |y - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑(n + 1))

Tactic:
clear hxp x

Result:
case intro.intro.intro
p : ℝ
hp : p > 2
n : ℕ
hn : 2 + 1 / (↑n + 1) < p
⊢ ∀ (y : ℝ),
    LiouvilleWith p y →
      y ∈ Ico 0 1 → ∃ᶠ (b : ℕ) in atTop, ∃ a ∈ Finset.Icc 0 ↑b, |y - ↑a / ↑b| < 1 / ↑b ^ (2 + 1 / ↑(n + 1))