-- Mathlib/Analysis/Convex/Mul.lean
lemma ConvexOn.smul' (hf : ConvexOn 𝕜 s f) (hg : ConvexOn 𝕜 s g) (hf₀ : ∀ ⦃x⦄, x ∈ s → 0 ≤ f x)
    (hg₀ : ∀ ⦃x⦄, x ∈ s → 0 ≤ g x) (hfg : MonovaryOn f g s) : ConvexOn 𝕜 s (f • g)

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁹ : LinearOrderedCommRing 𝕜
inst✝⁸ : LinearOrderedCommRing E
inst✝⁷ : LinearOrderedAddCommGroup F
inst✝⁶ : Module 𝕜 E
inst✝⁵ : Module 𝕜 F
inst✝⁴ : Module E F
inst✝³ : IsScalarTower 𝕜 E F
inst✝² : SMulCommClass 𝕜 E F
inst✝¹ : OrderedSMul 𝕜 F
inst✝ : OrderedSMul E F
s : Set 𝕜
f : 𝕜 → E
g : 𝕜 → F
hf : ConvexOn 𝕜 s f
hg : ConvexOn 𝕜 s g
hf₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ f x
hg₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ g x
hfg : MonovaryOn f g s
x : 𝕜
hx : x ∈ s
y : 𝕜
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ (f • g) (a • x + b • y) ≤ a • (f • g) x + b • (f • g) y

Tactic:
dsimp

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁹ : LinearOrderedCommRing 𝕜
inst✝⁸ : LinearOrderedCommRing E
inst✝⁷ : LinearOrderedAddCommGroup F
inst✝⁶ : Module 𝕜 E
inst✝⁵ : Module 𝕜 F
inst✝⁴ : Module E F
inst✝³ : IsScalarTower 𝕜 E F
inst✝² : SMulCommClass 𝕜 E F
inst✝¹ : OrderedSMul 𝕜 F
inst✝ : OrderedSMul E F
s : Set 𝕜
f : 𝕜 → E
g : 𝕜 → F
hf : ConvexOn 𝕜 s f
hg : ConvexOn 𝕜 s g
hf₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ f x
hg₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ g x
hfg : MonovaryOn f g s
x : 𝕜
hx : x ∈ s
y : 𝕜
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ f (a * x + b * y) • g (a * x + b * y) ≤ a • f x • g x + b • f y • g y

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁹ : LinearOrderedCommRing 𝕜
inst✝⁸ : LinearOrderedCommRing E
inst✝⁷ : LinearOrderedAddCommGroup F
inst✝⁶ : Module 𝕜 E
inst✝⁵ : Module 𝕜 F
inst✝⁴ : Module E F
inst✝³ : IsScalarTower 𝕜 E F
inst✝² : SMulCommClass 𝕜 E F
inst✝¹ : OrderedSMul 𝕜 F
inst✝ : OrderedSMul E F
s : Set 𝕜
f : 𝕜 → E
g : 𝕜 → F
hf : ConvexOn 𝕜 s f
hg : ConvexOn 𝕜 s g
hf₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ f x
hg₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ g x
hfg : MonovaryOn f g s
x : 𝕜
hx : x ∈ s
y : 𝕜
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ (a • f x) • a • g x + (b • f y) • a • g x + ((a • f x) • b • g y + (b • f y) • b • g y) =
    (a * a) • f x • g x + (b * b) • f y • g y + ((a * b) • f x • g y + (a * b) • f y • g x)

Tactic:
rw [← smul_smul_smul_comm a, ← smul_smul_smul_comm b, ← smul_smul_smul_comm a b,
  ← smul_smul_smul_comm b b, smul_eq_mul, smul_eq_mul, smul_eq_mul, smul_eq_mul, mul_comm b,
  add_comm _ ((b * b) • f y • g y), add_add_add_comm, add_comm ((a * b) • f y • g x)]

Result:
no goals

Proof state:
case bc.hb
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁹ : LinearOrderedCommRing 𝕜
inst✝⁸ : LinearOrderedCommRing E
inst✝⁷ : LinearOrderedAddCommGroup F
inst✝⁶ : Module 𝕜 E
inst✝⁵ : Module 𝕜 F
inst✝⁴ : Module E F
inst✝³ : IsScalarTower 𝕜 E F
inst✝² : SMulCommClass 𝕜 E F
inst✝¹ : OrderedSMul 𝕜 F
inst✝ : OrderedSMul E F
s : Set 𝕜
f : 𝕜 → E
g : 𝕜 → F
hf : ConvexOn 𝕜 s f
hg : ConvexOn 𝕜 s g
hf₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ f x
hg₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ g x
hfg : MonovaryOn f g s
x : 𝕜
hx : x ∈ s
y : 𝕜
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ f x • g y + f y • g x ≤ f x • g x + f y • g y

Tactic:
exact hfg.smul_add_smul_le_smul_add_smul hx hy

Result:
no goals

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁹ : LinearOrderedCommRing 𝕜
inst✝⁸ : LinearOrderedCommRing E
inst✝⁷ : LinearOrderedAddCommGroup F
inst✝⁶ : Module 𝕜 E
inst✝⁵ : Module 𝕜 F
inst✝⁴ : Module E F
inst✝³ : IsScalarTower 𝕜 E F
inst✝² : SMulCommClass 𝕜 E F
inst✝¹ : OrderedSMul 𝕜 F
inst✝ : OrderedSMul E F
s : Set 𝕜
f : 𝕜 → E
g : 𝕜 → F
hf : ConvexOn 𝕜 s f
hg : ConvexOn 𝕜 s g
hf₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ f x
hg₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ g x
hfg : MonovaryOn f g s
x : 𝕜
hx : x ∈ s
y : 𝕜
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ (a * a) • f x • g x + (b * b) • f y • g y + (a * b) • (f x • g y + f y • g x) ≤
    (a * a) • f x • g x + (b * b) • f y • g y + (a * b) • (f x • g x + f y • g y)

Tactic:
gcongr _ + (a * b) • ?_

Result:
case bc.hb
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁹ : LinearOrderedCommRing 𝕜
inst✝⁸ : LinearOrderedCommRing E
inst✝⁷ : LinearOrderedAddCommGroup F
inst✝⁶ : Module 𝕜 E
inst✝⁵ : Module 𝕜 F
inst✝⁴ : Module E F
inst✝³ : IsScalarTower 𝕜 E F
inst✝² : SMulCommClass 𝕜 E F
inst✝¹ : OrderedSMul 𝕜 F
inst✝ : OrderedSMul E F
s : Set 𝕜
f : 𝕜 → E
g : 𝕜 → F
hf : ConvexOn 𝕜 s f
hg : ConvexOn 𝕜 s g
hf₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ f x
hg₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ g x
hfg : MonovaryOn f g s
x : 𝕜
hx : x ∈ s
y : 𝕜
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ f x • g y + f y • g x ≤ f x • g x + f y • g y

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁹ : LinearOrderedCommRing 𝕜
inst✝⁸ : LinearOrderedCommRing E
inst✝⁷ : LinearOrderedAddCommGroup F
inst✝⁶ : Module 𝕜 E
inst✝⁵ : Module 𝕜 F
inst✝⁴ : Module E F
inst✝³ : IsScalarTower 𝕜 E F
inst✝² : SMulCommClass 𝕜 E F
inst✝¹ : OrderedSMul 𝕜 F
inst✝ : OrderedSMul E F
s : Set 𝕜
f : 𝕜 → E
g : 𝕜 → F
hf : ConvexOn 𝕜 s f
hg : ConvexOn 𝕜 s g
hf₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ f x
hg₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ g x
hfg : MonovaryOn f g s
x : 𝕜
hx : x ∈ s
y : 𝕜
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ (a * a) • f x • g x + (b * b) • f y • g y + ((a * b) • f x • g x + (a * b) • f y • g y) =
    (a * a) • f x • g x + (a * b) • f x • g x + ((a * b) • f y • g y + (b * b) • f y • g y)

Tactic:
abel

Result:
no goals

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁹ : LinearOrderedCommRing 𝕜
inst✝⁸ : LinearOrderedCommRing E
inst✝⁷ : LinearOrderedAddCommGroup F
inst✝⁶ : Module 𝕜 E
inst✝⁵ : Module 𝕜 F
inst✝⁴ : Module E F
inst✝³ : IsScalarTower 𝕜 E F
inst✝² : SMulCommClass 𝕜 E F
inst✝¹ : OrderedSMul 𝕜 F
inst✝ : OrderedSMul E F
s : Set 𝕜
f : 𝕜 → E
g : 𝕜 → F
hf : ConvexOn 𝕜 s f
hg : ConvexOn 𝕜 s g
hf₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ f x
hg₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ g x
hfg : MonovaryOn f g s
x : 𝕜
hx : x ∈ s
y : 𝕜
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ (a * (a + b)) • f x • g x + (b * (a + b)) • f y • g y = a • f x • g x + b • f y • g y

Tactic:
simp_rw [hab, mul_one]

Result:
no goals

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁹ : LinearOrderedCommRing 𝕜
inst✝⁸ : LinearOrderedCommRing E
inst✝⁷ : LinearOrderedAddCommGroup F
inst✝⁶ : Module 𝕜 E
inst✝⁵ : Module 𝕜 F
inst✝⁴ : Module E F
inst✝³ : IsScalarTower 𝕜 E F
inst✝² : SMulCommClass 𝕜 E F
inst✝¹ : OrderedSMul 𝕜 F
inst✝ : OrderedSMul E F
s : Set 𝕜
f : 𝕜 → E
g : 𝕜 → F
hf : ConvexOn 𝕜 s f
hg : ConvexOn 𝕜 s g
hf₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ f x
hg₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ g x
hfg : MonovaryOn f g s
⊢ ConvexOn 𝕜 s (f • g)

Tactic:
refine ⟨hf.1, fun x hx y hy a b ha hb hab ↦ ?_⟩

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁹ : LinearOrderedCommRing 𝕜
inst✝⁸ : LinearOrderedCommRing E
inst✝⁷ : LinearOrderedAddCommGroup F
inst✝⁶ : Module 𝕜 E
inst✝⁵ : Module 𝕜 F
inst✝⁴ : Module E F
inst✝³ : IsScalarTower 𝕜 E F
inst✝² : SMulCommClass 𝕜 E F
inst✝¹ : OrderedSMul 𝕜 F
inst✝ : OrderedSMul E F
s : Set 𝕜
f : 𝕜 → E
g : 𝕜 → F
hf : ConvexOn 𝕜 s f
hg : ConvexOn 𝕜 s g
hf₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ f x
hg₀ : ∀ ⦃x : 𝕜⦄, x ∈ s → 0 ≤ g x
hfg : MonovaryOn f g s
x : 𝕜
hx : x ∈ s
y : 𝕜
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ (f • g) (a • x + b • y) ≤ a • (f • g) x + b • (f • g) y