-- Mathlib/Geometry/Manifold/IntegralCurve/ExistUnique.lean
/-- A global integral curve is injective xor periodic with positive period. -/
lemma IsIntegralCurve.periodic_xor_injective [BoundarylessManifold I M]
    (hγ : IsIntegralCurve γ v)
    (hv : ContMDiff I I.tangent 1 (fun x ↦ (⟨x, v x⟩ : TangentBundle I M))) :
    Xor' (∃ T > 0, Periodic γ T) (Injective γ)

Proof state:
case intro.intro.intro.refine_1
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
H : Type u_2
inst✝⁵ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type u_3
inst✝⁴ : TopologicalSpace M
inst✝³ : ChartedSpace H M
inst✝² : IsManifold I 1 M
γ : ℝ → M
v : (x : M) → TangentSpace I x
inst✝¹ : T2Space M
inst✝ : BoundarylessManifold I M
hγ : IsIntegralCurve γ v
hv : ContMDiff I I.tangent 1 fun x => { proj := x, snd := v x }
a b : ℝ
heq : γ a = γ b
hne : a ≠ b
⊢ a ≠ b

Tactic:
exact hne

Result:
no goals

Proof state:
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
H : Type u_2
inst✝⁵ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type u_3
inst✝⁴ : TopologicalSpace M
inst✝³ : ChartedSpace H M
inst✝² : IsManifold I 1 M
γ : ℝ → M
v : (x : M) → TangentSpace I x
inst✝¹ : T2Space M
inst✝ : BoundarylessManifold I M
hγ : IsIntegralCurve γ v
hv : ContMDiff I I.tangent 1 fun x => { proj := x, snd := v x }
⊢ Xor' (∃ T > 0, Periodic γ T) (Injective γ)

Tactic:
rw [xor_iff_iff_not]

Result:
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
H : Type u_2
inst✝⁵ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type u_3
inst✝⁴ : TopologicalSpace M
inst✝³ : ChartedSpace H M
inst✝² : IsManifold I 1 M
γ : ℝ → M
v : (x : M) → TangentSpace I x
inst✝¹ : T2Space M
inst✝ : BoundarylessManifold I M
hγ : IsIntegralCurve γ v
hv : ContMDiff I I.tangent 1 fun x => { proj := x, snd := v x }
⊢ (∃ T > 0, Periodic γ T) ↔ ¬Injective γ

Proof state:
case neg
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
H : Type u_2
inst✝⁵ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type u_3
inst✝⁴ : TopologicalSpace M
inst✝³ : ChartedSpace H M
inst✝² : IsManifold I 1 M
γ : ℝ → M
v : (x : M) → TangentSpace I x
inst✝¹ : T2Space M
inst✝ : BoundarylessManifold I M
hγ : IsIntegralCurve γ v
hv : ContMDiff I I.tangent 1 fun x => { proj := x, snd := v x }
a b : ℝ
heq : γ a = γ b
hne : a ≠ b
hab : ¬a - b < 0
⊢ Periodic γ |a - b|

Tactic:
rw [not_lt] at hab

Result:
case neg
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
H : Type u_2
inst✝⁵ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type u_3
inst✝⁴ : TopologicalSpace M
inst✝³ : ChartedSpace H M
inst✝² : IsManifold I 1 M
γ : ℝ → M
v : (x : M) → TangentSpace I x
inst✝¹ : T2Space M
inst✝ : BoundarylessManifold I M
hγ : IsIntegralCurve γ v
hv : ContMDiff I I.tangent 1 fun x => { proj := x, snd := v x }
a b : ℝ
heq : γ a = γ b
hne : a ≠ b
hab : 0 ≤ a - b
⊢ Periodic γ |a - b|

Proof state:
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
H : Type u_2
inst✝⁵ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type u_3
inst✝⁴ : TopologicalSpace M
inst✝³ : ChartedSpace H M
inst✝² : IsManifold I 1 M
γ : ℝ → M
v : (x : M) → TangentSpace I x
inst✝¹ : T2Space M
inst✝ : BoundarylessManifold I M
hγ : IsIntegralCurve γ v
hv : ContMDiff I I.tangent 1 fun x => { proj := x, snd := v x }
h : ∃ a₁ a₂, γ a₁ = γ a₂ ∧ a₁ ≠ a₂
⊢ ∃ T > 0, Periodic γ T

Tactic:
obtain ⟨a, b, heq, hne⟩ := h

Result:
case intro.intro.intro
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
H : Type u_2
inst✝⁵ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type u_3
inst✝⁴ : TopologicalSpace M
inst✝³ : ChartedSpace H M
inst✝² : IsManifold I 1 M
γ : ℝ → M
v : (x : M) → TangentSpace I x
inst✝¹ : T2Space M
inst✝ : BoundarylessManifold I M
hγ : IsIntegralCurve γ v
hv : ContMDiff I I.tangent 1 fun x => { proj := x, snd := v x }
a b : ℝ
heq : γ a = γ b
hne : a ≠ b
⊢ ∃ T > 0, Periodic γ T

Proof state:
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
H : Type u_2
inst✝⁵ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type u_3
inst✝⁴ : TopologicalSpace M
inst✝³ : ChartedSpace H M
inst✝² : IsManifold I 1 M
γ : ℝ → M
v : (x : M) → TangentSpace I x
inst✝¹ : T2Space M
inst✝ : BoundarylessManifold I M
hγ : IsIntegralCurve γ v
hv : ContMDiff I I.tangent 1 fun x => { proj := x, snd := v x }
h : ¬Injective γ
⊢ ∃ T > 0, Periodic γ T

Tactic:
rw [Injective] at h

Result:
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
H : Type u_2
inst✝⁵ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type u_3
inst✝⁴ : TopologicalSpace M
inst✝³ : ChartedSpace H M
inst✝² : IsManifold I 1 M
γ : ℝ → M
v : (x : M) → TangentSpace I x
inst✝¹ : T2Space M
inst✝ : BoundarylessManifold I M
hγ : IsIntegralCurve γ v
hv : ContMDiff I I.tangent 1 fun x => { proj := x, snd := v x }
h : ¬∀ ⦃a₁ a₂ : ℝ⦄, γ a₁ = γ a₂ → a₁ = a₂
⊢ ∃ T > 0, Periodic γ T

Proof state:
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
H : Type u_2
inst✝⁵ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type u_3
inst✝⁴ : TopologicalSpace M
inst✝³ : ChartedSpace H M
inst✝² : IsManifold I 1 M
γ : ℝ → M
v : (x : M) → TangentSpace I x
inst✝¹ : T2Space M
inst✝ : BoundarylessManifold I M
hγ : IsIntegralCurve γ v
hv : ContMDiff I I.tangent 1 fun x => { proj := x, snd := v x }
⊢ (∃ T > 0, Periodic γ T) ↔ ¬Injective γ

Tactic:
refine ⟨fun ⟨T, hT, hf⟩ ↦ hf.not_injective (ne_of_gt hT), ?_⟩

Result:
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
H : Type u_2
inst✝⁵ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type u_3
inst✝⁴ : TopologicalSpace M
inst✝³ : ChartedSpace H M
inst✝² : IsManifold I 1 M
γ : ℝ → M
v : (x : M) → TangentSpace I x
inst✝¹ : T2Space M
inst✝ : BoundarylessManifold I M
hγ : IsIntegralCurve γ v
hv : ContMDiff I I.tangent 1 fun x => { proj := x, snd := v x }
⊢ ¬Injective γ → ∃ T > 0, Periodic γ T

Proof state:
case intro.intro.intro.refine_1
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
H : Type u_2
inst✝⁵ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type u_3
inst✝⁴ : TopologicalSpace M
inst✝³ : ChartedSpace H M
inst✝² : IsManifold I 1 M
γ : ℝ → M
v : (x : M) → TangentSpace I x
inst✝¹ : T2Space M
inst✝ : BoundarylessManifold I M
hγ : IsIntegralCurve γ v
hv : ContMDiff I I.tangent 1 fun x => { proj := x, snd := v x }
a b : ℝ
heq : γ a = γ b
hne : a ≠ b
⊢ |a - b| > 0

Tactic:
rw [gt_iff_lt, abs_pos, sub_ne_zero]

Result:
case intro.intro.intro.refine_1
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
H : Type u_2
inst✝⁵ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type u_3
inst✝⁴ : TopologicalSpace M
inst✝³ : ChartedSpace H M
inst✝² : IsManifold I 1 M
γ : ℝ → M
v : (x : M) → TangentSpace I x
inst✝¹ : T2Space M
inst✝ : BoundarylessManifold I M
hγ : IsIntegralCurve γ v
hv : ContMDiff I I.tangent 1 fun x => { proj := x, snd := v x }
a b : ℝ
heq : γ a = γ b
hne : a ≠ b
⊢ a ≠ b