-- Mathlib/Computability/TuringMachine.lean
theorem tr_respects : Respects (TM2.step M) (TM1.step (tr M)) TrCfg

Proof state:
case H₃
K : Type u_1
Γ : K → Type u_2
Λ : Type u_3
σ : Type u_4
inst✝ : DecidableEq K
M : Λ → TM2.Stmt Γ Λ σ
l : Λ
p : σ → Bool
q₁ q₂ : TM2.Stmt Γ Λ σ
IH₁ :
  ∀ {v : σ} {S : (k : K) → List (Γ k)} (L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))),
    (∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse) →
      ∃ b,
        TrCfg (TM2.stepAux q₁ v S) b ∧
          Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal q₁) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b
IH₂ :
  ∀ {v : σ} {S : (k : K) → List (Γ k)} (L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))),
    (∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse) →
      ∃ b,
        TrCfg (TM2.stepAux q₂ v S) b ∧
          Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal q₂) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b
v : σ
S : (k : K) → List (Γ k)
L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))
hT : ∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse
⊢ ∃ b,
    TrCfg (bif p v then TM2.stepAux q₁ v S else TM2.stepAux q₂ v S) b ∧
      Reaches (TM1.step (tr M))
        (bif p v then TM1.stepAux (trNormal q₁) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))
        else TM1.stepAux (trNormal q₂) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L)))
        b

Tactic:
cases p v <;> [exact IH₂ _ hT; exact IH₁ _ hT]

Result:
no goals

Proof state:
K : Type u_1
Γ : K → Type u_2
Λ : Type u_3
σ : Type u_4
inst✝ : DecidableEq K
M : Λ → TM2.Stmt Γ Λ σ
v : σ
S : (k : K) → List (Γ k)
L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))
hT : ∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse
l : Λ
⊢ ∃ b,
    TrCfg (TM2.stepAux (M l) v S) b ∧
      Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal (M l)) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b

Tactic:
generalize M l = N

Result:
K : Type u_1
Γ : K → Type u_2
Λ : Type u_3
σ : Type u_4
inst✝ : DecidableEq K
M : Λ → TM2.Stmt Γ Λ σ
v : σ
S : (k : K) → List (Γ k)
L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))
hT : ∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse
l : Λ
N : TM2.Stmt Γ Λ σ
⊢ ∃ b, TrCfg (TM2.stepAux N v S) b ∧ Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal N) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b

Proof state:
case H₅
K : Type u_1
Γ : K → Type u_2
Λ : Type u_3
σ : Type u_4
inst✝ : DecidableEq K
M : Λ → TM2.Stmt Γ Λ σ
l : Λ
v : σ
S : (k : K) → List (Γ k)
L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))
hT : ∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse
⊢ ∃ b,
    TrCfg (TM2.stepAux TM2.Stmt.halt v S) b ∧
      Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal TM2.Stmt.halt) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b

Tactic:
exact ⟨_, ⟨_, hT⟩, ReflTransGen.refl⟩

Result:
no goals

Proof state:
case H₂
K : Type u_1
Γ : K → Type u_2
Λ : Type u_3
σ : Type u_4
inst✝ : DecidableEq K
M : Λ → TM2.Stmt Γ Λ σ
l : Λ
a : σ → σ
q✝ : TM2.Stmt Γ Λ σ
IH :
  ∀ {v : σ} {S : (k : K) → List (Γ k)} (L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))),
    (∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse) →
      ∃ b,
        TrCfg (TM2.stepAux q✝ v S) b ∧
          Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal q✝) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b
v : σ
S : (k : K) → List (Γ k)
L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))
hT : ∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse
⊢ ∃ b,
    TrCfg (TM2.stepAux (TM2.Stmt.load a q✝) v S) b ∧
      Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal (TM2.Stmt.load a q✝)) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b

Tactic:
exact IH _ hT

Result:
no goals

Proof state:
K : Type u_1
Γ : K → Type u_2
Λ : Type u_3
σ : Type u_4
inst✝ : DecidableEq K
M : Λ → TM2.Stmt Γ Λ σ
v : σ
S : (k : K) → List (Γ k)
L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))
hT : ∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse
l : Λ
⊢ ∃ b,
    TrCfg (TM2.stepAux (M l) v S) b ∧
      Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (tr M (normal l)) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b

Tactic:
simp only [tr]

Result:
K : Type u_1
Γ : K → Type u_2
Λ : Type u_3
σ : Type u_4
inst✝ : DecidableEq K
M : Λ → TM2.Stmt Γ Λ σ
v : σ
S : (k : K) → List (Γ k)
L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))
hT : ∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse
l : Λ
⊢ ∃ b,
    TrCfg (TM2.stepAux (M l) v S) b ∧
      Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal (M l)) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b

Proof state:
case H₁
K : Type u_1
Γ : K → Type u_2
Λ : Type u_3
σ : Type u_4
inst✝ : DecidableEq K
M : Λ → TM2.Stmt Γ Λ σ
l : Λ
k : K
s : StAct K Γ σ k
q : TM2.Stmt Γ Λ σ
IH :
  ∀ {v : σ} {S : (k : K) → List (Γ k)} (L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))),
    (∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse) →
      ∃ b,
        TrCfg (TM2.stepAux q v S) b ∧
          Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal q) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b
v : σ
S : (k : K) → List (Γ k)
L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))
hT : ∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse
⊢ ∃ b,
    TrCfg (TM2.stepAux (stRun s q) v S) b ∧
      Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal (stRun s q)) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b

Tactic:
exact tr_respects_aux M hT s @IH

Result:
no goals

Proof state:
case H₃
K : Type u_1
Γ : K → Type u_2
Λ : Type u_3
σ : Type u_4
inst✝ : DecidableEq K
M : Λ → TM2.Stmt Γ Λ σ
l : Λ
p : σ → Bool
q₁ q₂ : TM2.Stmt Γ Λ σ
IH₁ :
  ∀ {v : σ} {S : (k : K) → List (Γ k)} (L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))),
    (∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse) →
      ∃ b,
        TrCfg (TM2.stepAux q₁ v S) b ∧
          Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal q₁) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b
IH₂ :
  ∀ {v : σ} {S : (k : K) → List (Γ k)} (L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))),
    (∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse) →
      ∃ b,
        TrCfg (TM2.stepAux q₂ v S) b ∧
          Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal q₂) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b
v : σ
S : (k : K) → List (Γ k)
L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))
hT : ∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse
⊢ ∃ b,
    TrCfg (TM2.stepAux (TM2.Stmt.branch p q₁ q₂) v S) b ∧
      Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal (TM2.Stmt.branch p q₁ q₂)) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b

Tactic:
unfold TM2.stepAux trNormal TM1.stepAux

Result:
case H₃
K : Type u_1
Γ : K → Type u_2
Λ : Type u_3
σ : Type u_4
inst✝ : DecidableEq K
M : Λ → TM2.Stmt Γ Λ σ
l : Λ
p : σ → Bool
q₁ q₂ : TM2.Stmt Γ Λ σ
IH₁ :
  ∀ {v : σ} {S : (k : K) → List (Γ k)} (L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))),
    (∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse) →
      ∃ b,
        TrCfg (TM2.stepAux q₁ v S) b ∧
          Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal q₁) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b
IH₂ :
  ∀ {v : σ} {S : (k : K) → List (Γ k)} (L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))),
    (∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse) →
      ∃ b,
        TrCfg (TM2.stepAux q₂ v S) b ∧
          Reaches (TM1.step (tr M)) (TM1.stepAux (trNormal q₂) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))) b
v : σ
S : (k : K) → List (Γ k)
L : ListBlank ((k : K) → Option (Γ k))
hT : ∀ (k : K), ListBlank.map (proj k) L = ListBlank.mk (List.map some (S k)).reverse
⊢ ∃ b,
    TrCfg (bif p v then TM2.stepAux q₁ v S else TM2.stepAux q₂ v S) b ∧
      Reaches (TM1.step (tr M))
        (bif (fun x => p) (Tape.mk' ∅ (addBottom L)).head v then TM1.stepAux (trNormal q₁) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L))
        else TM1.stepAux (trNormal q₂) v (Tape.mk' ∅ (addBottom L)))
        b