-- Mathlib/Geometry/Manifold/PartitionOfUnity.lean
theorem exists_msmooth_support_eq_eq_one_iff
    {s t : Set M} (hs : IsOpen s) (ht : IsClosed t) (h : t ⊆ s) :
    ∃ f : M → ℝ, ContMDiff I 𝓘(ℝ) ∞ f ∧ range f ⊆ Icc 0 1 ∧ support f = s
      ∧ (∀ x, x ∈ t ↔ f x = 1)

Proof state:
E : Type uE
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
H : Type uH
inst✝⁶ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type uM
inst✝⁵ : TopologicalSpace M
inst✝⁴ : ChartedSpace H M
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝² : IsManifold I ∞ M
inst✝¹ : SigmaCompactSpace M
inst✝ : T2Space M
s t : Set M
hs : IsOpen s
ht : IsClosed t
h : t ⊆ s
f : M → ℝ
f_supp : support f = s
f_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ f
f_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ f x
g : M → ℝ
g_supp : support g = tᶜ
g_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ g
g_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ g x
x : M
xs : x ∉ tᶜ
⊢ x ∈ support f

Tactic:
simp? at xs says simp only [mem_compl_iff, Decidable.not_not] at xs

Result:
E : Type uE
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
H : Type uH
inst✝⁶ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type uM
inst✝⁵ : TopologicalSpace M
inst✝⁴ : ChartedSpace H M
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝² : IsManifold I ∞ M
inst✝¹ : SigmaCompactSpace M
inst✝ : T2Space M
s t : Set M
hs : IsOpen s
ht : IsClosed t
h : t ⊆ s
f : M → ℝ
f_supp : support f = s
f_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ f
f_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ f x
g : M → ℝ
g_supp : support g = tᶜ
g_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ g
g_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ g x
x : M
xs : x ∈ t
⊢ x ∈ support f

Proof state:
E : Type uE
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
H : Type uH
inst✝⁶ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type uM
inst✝⁵ : TopologicalSpace M
inst✝⁴ : ChartedSpace H M
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝² : IsManifold I ∞ M
inst✝¹ : SigmaCompactSpace M
inst✝ : T2Space M
s t : Set M
hs : IsOpen s
ht : IsClosed t
h : t ⊆ s
f : M → ℝ
f_supp : support f = s
f_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ f
f_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ f x
g : M → ℝ
g_supp : support g = tᶜ
g_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ g
g_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ g x
x : M
xs : x ∈ t
⊢ x ∈ support f

Tactic:
exact h.trans f_supp.symm.subset xs

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro
E : Type uE
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
H : Type uH
inst✝⁶ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type uM
inst✝⁵ : TopologicalSpace M
inst✝⁴ : ChartedSpace H M
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝² : IsManifold I ∞ M
inst✝¹ : SigmaCompactSpace M
inst✝ : T2Space M
s t : Set M
hs : IsOpen s
ht : IsClosed t
h : t ⊆ s
f : M → ℝ
f_supp : support f = s
f_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ f
f_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ f x
⊢ ∃ f, ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ f ∧ range f ⊆ Icc 0 1 ∧ support f = s ∧ ∀ (x : M), x ∈ t ↔ f x = 1

Tactic:
rcases ht.isOpen_compl.exists_msmooth_support_eq I with ⟨g, g_supp, g_diff, g_pos⟩

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
E : Type uE
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
H : Type uH
inst✝⁶ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type uM
inst✝⁵ : TopologicalSpace M
inst✝⁴ : ChartedSpace H M
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝² : IsManifold I ∞ M
inst✝¹ : SigmaCompactSpace M
inst✝ : T2Space M
s t : Set M
hs : IsOpen s
ht : IsClosed t
h : t ⊆ s
f : M → ℝ
f_supp : support f = s
f_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ f
f_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ f x
g : M → ℝ
g_supp : support g = tᶜ
g_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ g
g_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ g x
⊢ ∃ f, ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ f ∧ range f ⊆ Icc 0 1 ∧ support f = s ∧ ∀ (x : M), x ∈ t ↔ f x = 1

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_1
E : Type uE
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
H : Type uH
inst✝⁶ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type uM
inst✝⁵ : TopologicalSpace M
inst✝⁴ : ChartedSpace H M
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝² : IsManifold I ∞ M
inst✝¹ : SigmaCompactSpace M
inst✝ : T2Space M
s t : Set M
hs : IsOpen s
ht : IsClosed t
h : t ⊆ s
f : M → ℝ
f_supp : support f = s
f_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ f
f_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ f x
g : M → ℝ
g_supp : support g = tᶜ
g_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ g
g_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ g x
A : ∀ (x : M), 0 < f x + g x
⊢ ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ fun x => f x / (f x + g x)

Tactic:
exact f_diff.div₀ (f_diff.add g_diff) (fun x ↦ ne_of_gt (A x))

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_4
E : Type uE
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
H : Type uH
inst✝⁶ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type uM
inst✝⁵ : TopologicalSpace M
inst✝⁴ : ChartedSpace H M
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝² : IsManifold I ∞ M
inst✝¹ : SigmaCompactSpace M
inst✝ : T2Space M
s t : Set M
hs : IsOpen s
ht : IsClosed t
h : t ⊆ s
f : M → ℝ
f_supp : support f = s
f_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ f
f_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ f x
g : M → ℝ
g_supp : support g = tᶜ
g_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ g
g_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ g x
A : ∀ (x : M), 0 < f x + g x
⊢ ∀ (x : M), x ∈ t ↔ (fun x => f x / (f x + g x)) x = 1

Tactic:
intro x

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_4
E : Type uE
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
H : Type uH
inst✝⁶ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type uM
inst✝⁵ : TopologicalSpace M
inst✝⁴ : ChartedSpace H M
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝² : IsManifold I ∞ M
inst✝¹ : SigmaCompactSpace M
inst✝ : T2Space M
s t : Set M
hs : IsOpen s
ht : IsClosed t
h : t ⊆ s
f : M → ℝ
f_supp : support f = s
f_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ f
f_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ f x
g : M → ℝ
g_supp : support g = tᶜ
g_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ g
g_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ g x
A : ∀ (x : M), 0 < f x + g x
x : M
⊢ x ∈ t ↔ (fun x => f x / (f x + g x)) x = 1

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_3
E : Type uE
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
H : Type uH
inst✝⁶ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type uM
inst✝⁵ : TopologicalSpace M
inst✝⁴ : ChartedSpace H M
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝² : IsManifold I ∞ M
inst✝¹ : SigmaCompactSpace M
inst✝ : T2Space M
s t : Set M
hs : IsOpen s
ht : IsClosed t
h : t ⊆ s
f : M → ℝ
f_supp : support f = s
f_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ f
f_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ f x
g : M → ℝ
g_supp : support g = tᶜ
g_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ g
g_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ g x
A : ∀ (x : M), 0 < f x + g x
⊢ (support fun x => f x / (f x + g x)) = s

Tactic:
have B : support (fun x ↦ f x + g x) = univ := eq_univ_of_forall (fun x ↦ (A x).ne')

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_3
E : Type uE
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
H : Type uH
inst✝⁶ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type uM
inst✝⁵ : TopologicalSpace M
inst✝⁴ : ChartedSpace H M
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝² : IsManifold I ∞ M
inst✝¹ : SigmaCompactSpace M
inst✝ : T2Space M
s t : Set M
hs : IsOpen s
ht : IsClosed t
h : t ⊆ s
f : M → ℝ
f_supp : support f = s
f_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ f
f_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ f x
g : M → ℝ
g_supp : support g = tᶜ
g_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ g
g_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ g x
A : ∀ (x : M), 0 < f x + g x
B : (support fun x => f x + g x) = univ
⊢ (support fun x => f x / (f x + g x)) = s

Proof state:
E : Type uE
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
H : Type uH
inst✝⁶ : TopologicalSpace H
I : ModelWithCorners ℝ E H
M : Type uM
inst✝⁵ : TopologicalSpace M
inst✝⁴ : ChartedSpace H M
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝² : IsManifold I ∞ M
inst✝¹ : SigmaCompactSpace M
inst✝ : T2Space M
s t : Set M
hs : IsOpen s
ht : IsClosed t
h : t ⊆ s
f : M → ℝ
f_supp : support f = s
f_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ f
f_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ f x
g : M → ℝ
g_supp : support g = tᶜ
g_diff : ContMDiff I 𝓘(ℝ, ℝ) ∞ g
g_pos : ∀ (x : M), 0 ≤ g x
A : ∀ (x : M), 0 < f x + g x
x : M
⊢ f x ≤ f x + g x

Tactic:
simpa only [le_add_iff_nonneg_right] using g_pos x

Result:
no goals