-- 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
⊢ z ∈ A * A

Tactic:
have : (A⁻¹ * A) * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A := by
  rw [← coe_inj, coe_mul, coe_mul, ← invMulSubgroup_eq_inv_mul _ h, coe_mul_coe]

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 : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = 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✝ : 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
⊢ z ∈ A * A

Tactic:
have : #r = #A := by rw [hr, card_smul_finset, card_inv]

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✝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

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 ⊆ A⁻¹ * A * A⁻¹ * A

Tactic:
refine smul_finset_subset_mul ?_

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
⊢ a * a⁻¹ * c⁻¹ * b * a⁻¹ ∈ A⁻¹ * A * A⁻¹

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
⊢ a⁻¹ •> z •> A⁻¹ ⊆ A⁻¹ * (A * (A * A⁻¹))

Tactic:
simp only [← mul_assoc, smul_smul]

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:
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
hr : r = z •> A⁻¹
⊢ A ⊆ a •> (A⁻¹ * A) ∧ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)

Tactic:
exact ⟨A_subset_aH a ha, inter_subset_left⟩

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
hl : l = A
⊢ (a⁻¹ * z) •> A⁻¹ ⊆ A⁻¹ * A * A * A⁻¹

Tactic:
refine smul_finset_subset_mul ?_

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 * 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
⊢ l = A

Tactic:
rw [inter_eq_left, ← this, 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
⊢ (z * a⁻¹)⁻¹ •> A ⊆ A⁻¹ * A * (A⁻¹ * 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
⊢ (z * a⁻¹)⁻¹ •> A ⊆ A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A)

Tactic:
simp only [← hz, mul_inv_rev, inv_inv, ← mul_assoc]

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
⊢ (a * a⁻¹ * c⁻¹ * b * a⁻¹) •> A ⊆ A⁻¹ * A * A⁻¹ * 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 : G
hz : ∃ a_1, (∃ a ∈ A, ∃ z ∈ A, a⁻¹ * z = a_1) ∧ a * (a_1 * a) = z
⊢ z ∈ A * A

Tactic:
obtain ⟨d, ⟨b, hb, c, hc, rfl⟩, hz⟩ := hz

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
⊢ 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
⊢ A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A

Tactic:
rw [← coe_inj, coe_mul, coe_mul, ← invMulSubgroup_eq_inv_mul _ h, coe_mul_coe]

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
hl : l = A
⊢ a⁻¹ * z ∈ A⁻¹ * A * A

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

Result:
no goals