-- Mathlib/Analysis/CStarAlgebra/ApproximateUnit.lean
/-- This shows `CStarAlgebra.approximateUnit` is a one-sided approximate unit, but this is marked
`private` because it is only used to prove `CStarAlgebra.increasingApproximateUnit`. -/
private lemma tendsto_mul_right_approximateUnit (m : A) :
    Tendsto (· * m) (approximateUnit A) (𝓝 m)

Proof state:
case intro.intro
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
⊢ star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m = cfc (fun y => y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y) m

Tactic:
rw [cfc_mul _ _ m (continuousOn_id' _ |>.mul hg') (continuousOn_id' _),
  cfc_mul _ _ m (continuousOn_id' _) hg', cfc_id' .., hm₁.star_eq]

Result:
case intro.intro
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
⊢ m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m = m * cfc (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) m * m

Proof state:
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
⊢ ∀ x ∈ σ ℝ≥0 m, g (ε⁻¹ ^ 2 • x) ≤ 1 x

Tactic:
simp [g]

Result:
no goals

Proof state:
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m : A
⊢ Tendsto (fun x => x * m) (approximateUnit A) (𝓝 m)

Tactic:
refine tendsto_mul_right_of_forall_nonneg_tendsto (fun m hm₁ hm₂ ↦ ?_) m

Result:
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝ m : A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
⊢ Tendsto (fun x => x * m) (approximateUnit A) (𝓝 m)

Proof state:
case intro.intro
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝ m : A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x : A
hx₁ : cfcₙ (fun y => 1 - (1 + y)⁻¹) (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hx₂ : x ∈ closedBall 0 1
⊢ x * m ∈ closedBall m ↑ε

Tactic:
simp only [mem_closedBall, dist_eq_norm', zero_sub, norm_neg] at hx₂ ⊢

Result:
case intro.intro
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝ m : A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x : A
hx₁ : cfcₙ (fun y => 1 - (1 + y)⁻¹) (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
⊢ ‖m - x * m‖ ≤ ↑ε

Proof state:
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
this : star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m = cfc (fun y => y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y) m
y : ℝ≥0
hy : y ∈ σ ℝ≥0 m
⊢ y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y ≤ ε ^ 2

Tactic:
field_simp

Result:
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
this : star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m = cfc (fun y => y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y) m
y : ℝ≥0
hy : y ∈ σ ℝ≥0 m
⊢ y * ε ^ 2 * y / (ε ^ 2 + y) ≤ ε ^ 2

Proof state:
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
this : star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m = cfc (fun y => y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y) m
y : ℝ≥0
hy : y ∈ σ ℝ≥0 m
⊢ y * ε ^ 2 * (y / (ε ^ 2 + y)) ≤ ε ^ 2 * 1

Tactic:
gcongr

Result:
case h₁
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
this : star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m = cfc (fun y => y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y) m
y : ℝ≥0
hy : y ∈ σ ℝ≥0 m
⊢ y * ε ^ 2 ≤ ε ^ 2

case h₂
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
this : star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m = cfc (fun y => y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y) m
y : ℝ≥0
hy : y ∈ σ ℝ≥0 m
⊢ y / (ε ^ 2 + y) ≤ 1

Proof state:
case intro.intro.e_a.e_a
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝¹ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
y : ℝ≥0
x✝ : y ∈ σ ℝ≥0 m
⊢ 1 y - g (ε⁻¹ ^ 2 • y) = (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹

Tactic:
simp [g, tsub_tsub_cancel_of_le]

Result:
no goals

Proof state:
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
this : star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m = cfc (fun y => y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y) m
⊢ ‖star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m‖₊ ≤ ε ^ 2

Tactic:
rw [this]

Result:
A : Type u_1
inst✝² : NonUnitalCStarAlgebra A
inst✝¹ : PartialOrder A
inst✝ : StarOrderedRing A
m✝¹ m✝ : A
ε : ℝ≥0
hε : 0 < ε
x✝ : A
x m : Unitization ℂ A
hm₁ : 0 ≤ m
hm₂ : ‖m‖ < 1
hx₂ : ‖x‖ ≤ 1
hx₀ : 0 ≤ x
g : ℝ≥0 → ℝ≥0 := fun y => 1 - (1 + y)⁻¹
hx₁ : cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m) ≤ x
hg : Continuous g
hg' : ContinuousOn (fun y => (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹) (σ ℝ≥0 m)
hx : x ∈ Set.Icc 0 1
hx' : x ∈ Set.Icc (cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) 1
this : star m * (1 - cfc g (ε⁻¹ ^ 2 • m)) * m = cfc (fun y => y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y) m
⊢ ‖cfc (fun y => y * (1 + ε⁻¹ ^ 2 • y)⁻¹ * y) m‖₊ ≤ ε ^ 2