-- Mathlib/Analysis/InnerProductSpace/GramSchmidtOrtho.lean
theorem gramSchmidt_mem_span (f : ι → E) :
    ∀ {j i}, i ≤ j → gramSchmidt 𝕜 f i ∈ span 𝕜 (f '' Set.Iic j)

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrder ι
inst✝¹ : LocallyFiniteOrderBot ι
inst✝ : WellFoundedLT ι
f : ι → E
j i : ι
hij : i ≤ j
k : ι
hk : k ∈ Finset.Iio i
⊢ (inner (gramSchmidt 𝕜 f k) (f i) / ↑(‖gramSchmidt 𝕜 f k‖ ^ 2)) • gramSchmidt 𝕜 f k ∈ span 𝕜 (f '' Set.Iic j)

Tactic:
let hkj : k < j := (Finset.mem_Iio.1 hk).trans_le hij

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrder ι
inst✝¹ : LocallyFiniteOrderBot ι
inst✝ : WellFoundedLT ι
f : ι → E
j i : ι
hij : i ≤ j
k : ι
hk : k ∈ Finset.Iio i
hkj : k < j := LT.lt.trans_le (Finset.mem_Iio.mp hk) hij
⊢ (inner (gramSchmidt 𝕜 f k) (f i) / ↑(‖gramSchmidt 𝕜 f k‖ ^ 2)) • gramSchmidt 𝕜 f k ∈ span 𝕜 (f '' Set.Iic j)

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrder ι
inst✝¹ : LocallyFiniteOrderBot ι
inst✝ : WellFoundedLT ι
f : ι → E
j i : ι
hij : i ≤ j
⊢ f i - ∑ i_1 ∈ Finset.Iio i, ↑((orthogonalProjection (span 𝕜 {gramSchmidt 𝕜 f i_1})) (f i)) ∈ span 𝕜 (f '' Set.Iic j)

Tactic:
simp_rw [orthogonalProjection_singleton]

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrder ι
inst✝¹ : LocallyFiniteOrderBot ι
inst✝ : WellFoundedLT ι
f : ι → E
j i : ι
hij : i ≤ j
⊢ f i - ∑ x ∈ Finset.Iio i, (inner (gramSchmidt 𝕜 f x) (f i) / ↑(‖gramSchmidt 𝕜 f x‖ ^ 2)) • gramSchmidt 𝕜 f x ∈
    span 𝕜 (f '' Set.Iic j)

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrder ι
inst✝¹ : LocallyFiniteOrderBot ι
inst✝ : WellFoundedLT ι
f : ι → E
j i : ι
hij : i ≤ j
k : ι
hk : k ∈ Finset.Iio i
hkj : k < j := LT.lt.trans_le (Finset.mem_Iio.mp hk) hij
⊢ (inner (gramSchmidt 𝕜 f k) (f i) / ↑(‖gramSchmidt 𝕜 f k‖ ^ 2)) • gramSchmidt 𝕜 f k ∈ span 𝕜 (f '' Set.Iic j)

Tactic:
exact smul_mem _ _
  (span_mono (image_subset f <| Set.Iic_subset_Iic.2 hkj.le) <| gramSchmidt_mem_span _ le_rfl)

Result:
no goals

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrder ι
inst✝¹ : LocallyFiniteOrderBot ι
inst✝ : WellFoundedLT ι
f : ι → E
j i : ι
hij : i ≤ j
⊢ f i - ∑ x ∈ Finset.Iio i, (inner (gramSchmidt 𝕜 f x) (f i) / ↑(‖gramSchmidt 𝕜 f x‖ ^ 2)) • gramSchmidt 𝕜 f x ∈
    span 𝕜 (f '' Set.Iic j)

Tactic:
refine Submodule.sub_mem _ (subset_span (mem_image_of_mem _ hij))
  (Submodule.sum_mem _ fun k hk => ?_)

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrder ι
inst✝¹ : LocallyFiniteOrderBot ι
inst✝ : WellFoundedLT ι
f : ι → E
j i : ι
hij : i ≤ j
k : ι
hk : k ∈ Finset.Iio i
⊢ (inner (gramSchmidt 𝕜 f k) (f i) / ↑(‖gramSchmidt 𝕜 f k‖ ^ 2)) • gramSchmidt 𝕜 f k ∈ span 𝕜 (f '' Set.Iic j)

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrder ι
inst✝¹ : LocallyFiniteOrderBot ι
inst✝ : WellFoundedLT ι
f : ι → E
⊢ ∀ {j i : ι}, i ≤ j → gramSchmidt 𝕜 f i ∈ span 𝕜 (f '' Set.Iic j)

Tactic:
intro j i hij

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrder ι
inst✝¹ : LocallyFiniteOrderBot ι
inst✝ : WellFoundedLT ι
f : ι → E
j i : ι
hij : i ≤ j
⊢ gramSchmidt 𝕜 f i ∈ span 𝕜 (f '' Set.Iic j)

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrder ι
inst✝¹ : LocallyFiniteOrderBot ι
inst✝ : WellFoundedLT ι
f : ι → E
j i : ι
hij : i ≤ j
⊢ gramSchmidt 𝕜 f i ∈ span 𝕜 (f '' Set.Iic j)

Tactic:
rw [gramSchmidt_def 𝕜 f i]

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrder ι
inst✝¹ : LocallyFiniteOrderBot ι
inst✝ : WellFoundedLT ι
f : ι → E
j i : ι
hij : i ≤ j
⊢ f i - ∑ i_1 ∈ Finset.Iio i, ↑((orthogonalProjection (span 𝕜 {gramSchmidt 𝕜 f i_1})) (f i)) ∈ span 𝕜 (f '' Set.Iic j)