-- Mathlib/Analysis/Normed/Group/ControlledClosure.lean
theorem controlled_closure_of_complete {f : NormedAddGroupHom G H} {K : AddSubgroup H} {C ε : ℝ}
    (hC : 0 < C) (hε : 0 < ε) (hyp : f.SurjectiveOnWith K C) :
    f.SurjectiveOnWith K.topologicalClosure (C + ε)

Proof state:
G : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup G
inst✝¹ : CompleteSpace G
H : Type u_2
inst✝ : NormedAddCommGroup H
f : NormedAddGroupHom G H
K : AddSubgroup H
C ε : ℝ
hC : 0 < C
hε : 0 < ε
hyp : f.SurjectiveOnWith K C
h : H
h_in : h ∈ K.topologicalClosure
hyp_h : ¬h = 0
b : ℕ → ℝ := fun i => (1 / 2) ^ i * (ε * ‖h‖ / 2) / C
b_pos : ∀ (i : ℕ), 0 < b i
v : ℕ → H
lim_v : Tendsto (fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), v k) atTop (𝓝 h)
v_in : ∀ (n : ℕ), v n ∈ K
hv₀ : ‖v 0 - h‖ < b 0
hv : ∀ n > 0, ‖v n‖ < b n
u : ℕ → G
hu : ∀ (n : ℕ), f (u n) = v n
hnorm_u : ∀ (n : ℕ), ‖u n‖ ≤ C * ‖v n‖
s : ℕ → G := fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), u k
⊢ CauchySeq s

Tactic:
apply NormedAddCommGroup.cauchy_series_of_le_geometric'' (by norm_num) one_half_lt_one

Result:
G : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup G
inst✝¹ : CompleteSpace G
H : Type u_2
inst✝ : NormedAddCommGroup H
f : NormedAddGroupHom G H
K : AddSubgroup H
C ε : ℝ
hC : 0 < C
hε : 0 < ε
hyp : f.SurjectiveOnWith K C
h : H
h_in : h ∈ K.topologicalClosure
hyp_h : ¬h = 0
b : ℕ → ℝ := fun i => (1 / 2) ^ i * (ε * ‖h‖ / 2) / C
b_pos : ∀ (i : ℕ), 0 < b i
v : ℕ → H
lim_v : Tendsto (fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), v k) atTop (𝓝 h)
v_in : ∀ (n : ℕ), v n ∈ K
hv₀ : ‖v 0 - h‖ < b 0
hv : ∀ n > 0, ‖v n‖ < b n
u : ℕ → G
hu : ∀ (n : ℕ), f (u n) = v n
hnorm_u : ∀ (n : ℕ), ‖u n‖ ≤ C * ‖v n‖
s : ℕ → G := fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), u k
⊢ ∀ n ≥ ?m.12957, ‖u n‖ ≤ ?m.12955 * (1 / 2) ^ n

G : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup G
inst✝¹ : CompleteSpace G
H : Type u_2
inst✝ : NormedAddCommGroup H
f : NormedAddGroupHom G H
K : AddSubgroup H
C ε : ℝ
hC : 0 < C
hε : 0 < ε
hyp : f.SurjectiveOnWith K C
h : H
h_in : h ∈ K.topologicalClosure
hyp_h : ¬h = 0
b : ℕ → ℝ := fun i => (1 / 2) ^ i * (ε * ‖h‖ / 2) / C
b_pos : ∀ (i : ℕ), 0 < b i
v : ℕ → H
lim_v : Tendsto (fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), v k) atTop (𝓝 h)
v_in : ∀ (n : ℕ), v n ∈ K
hv₀ : ‖v 0 - h‖ < b 0
hv : ∀ n > 0, ‖v n‖ < b n
u : ℕ → G
hu : ∀ (n : ℕ), f (u n) = v n
hnorm_u : ∀ (n : ℕ), ‖u n‖ ≤ C * ‖v n‖
s : ℕ → G := fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), u k
⊢ ℝ

G : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup G
inst✝¹ : CompleteSpace G
H : Type u_2
inst✝ : NormedAddCommGroup H
f : NormedAddGroupHom G H
K : AddSubgroup H
C ε : ℝ
hC : 0 < C
hε : 0 < ε
hyp : f.SurjectiveOnWith K C
h : H
h_in : h ∈ K.topologicalClosure
hyp_h : ¬h = 0
b : ℕ → ℝ := fun i => (1 / 2) ^ i * (ε * ‖h‖ / 2) / C
b_pos : ∀ (i : ℕ), 0 < b i
v : ℕ → H
lim_v : Tendsto (fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), v k) atTop (𝓝 h)
v_in : ∀ (n : ℕ), v n ∈ K
hv₀ : ‖v 0 - h‖ < b 0
hv : ∀ n > 0, ‖v n‖ < b n
u : ℕ → G
hu : ∀ (n : ℕ), f (u n) = v n
hnorm_u : ∀ (n : ℕ), ‖u n‖ ≤ C * ‖v n‖
s : ℕ → G := fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), u k
⊢ ℕ

Proof state:
case h
G : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup G
inst✝¹ : CompleteSpace G
H : Type u_2
inst✝ : NormedAddCommGroup H
f : NormedAddGroupHom G H
K : AddSubgroup H
C ε : ℝ
hC : 0 < C
hε : 0 < ε
hyp : f.SurjectiveOnWith K C
h : H
h_in : h ∈ K.topologicalClosure
hyp_h : ¬h = 0
b : ℕ → ℝ := fun i => (1 / 2) ^ i * (ε * ‖h‖ / 2) / C
b_pos : ∀ (i : ℕ), 0 < b i
v : ℕ → H
lim_v : Tendsto (fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), v k) atTop (𝓝 h)
v_in : ∀ (n : ℕ), v n ∈ K
hv₀ : ‖v 0 - h‖ < b 0
hv : ∀ n > 0, ‖v n‖ < b n
u : ℕ → G
hu : ∀ (n : ℕ), f (u n) = v n
hnorm_u : ∀ (n : ℕ), ‖u n‖ ≤ C * ‖v n‖
s : ℕ → G := fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), u k
this : CauchySeq s
g : G
hg : Tendsto s atTop (𝓝 g)
n : ℕ
hnorm₀ : ‖u 0‖ ≤ C * b 0 + C * ‖h‖
⊢ ∑ k ∈ range (n + 1), (1 / 2) ^ k ≤ 2

Tactic:
apply sum_geometric_two_le

Result:
no goals

Proof state:
case neg.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup G
inst✝¹ : CompleteSpace G
H : Type u_2
inst✝ : NormedAddCommGroup H
f : NormedAddGroupHom G H
K : AddSubgroup H
C ε : ℝ
hC : 0 < C
hε : 0 < ε
hyp : f.SurjectiveOnWith K C
h : H
h_in : h ∈ K.topologicalClosure
hyp_h : ¬h = 0
b : ℕ → ℝ := fun i => (1 / 2) ^ i * (ε * ‖h‖ / 2) / C
b_pos : ∀ (i : ℕ), 0 < b i
v : ℕ → H
lim_v : Tendsto (fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), v k) atTop (𝓝 h)
v_in : ∀ (n : ℕ), v n ∈ K
hv₀ : ‖v 0 - h‖ < b 0
hv : ∀ n > 0, ‖v n‖ < b n
⊢ ∃ g, f g = h ∧ ‖g‖ ≤ (C + ε) * ‖h‖

Tactic:
have : ∀ n, ∃ m' : G, f m' = v n ∧ ‖m'‖ ≤ C * ‖v n‖ := fun n : ℕ => hyp (v n) (v_in n)

Result:
case neg.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup G
inst✝¹ : CompleteSpace G
H : Type u_2
inst✝ : NormedAddCommGroup H
f : NormedAddGroupHom G H
K : AddSubgroup H
C ε : ℝ
hC : 0 < C
hε : 0 < ε
hyp : f.SurjectiveOnWith K C
h : H
h_in : h ∈ K.topologicalClosure
hyp_h : ¬h = 0
b : ℕ → ℝ := fun i => (1 / 2) ^ i * (ε * ‖h‖ / 2) / C
b_pos : ∀ (i : ℕ), 0 < b i
v : ℕ → H
lim_v : Tendsto (fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), v k) atTop (𝓝 h)
v_in : ∀ (n : ℕ), v n ∈ K
hv₀ : ‖v 0 - h‖ < b 0
hv : ∀ n > 0, ‖v n‖ < b n
this : ∀ (n : ℕ), ∃ m', f m' = v n ∧ ‖m'‖ ≤ C * ‖v n‖
⊢ ∃ g, f g = h ∧ ‖g‖ ≤ (C + ε) * ‖h‖

Proof state:
G : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup G
inst✝¹ : CompleteSpace G
H : Type u_2
inst✝ : NormedAddCommGroup H
f : NormedAddGroupHom G H
K : AddSubgroup H
C ε : ℝ
hC : 0 < C
hε : 0 < ε
hyp : f.SurjectiveOnWith K C
h : H
h_in : h ∈ K.topologicalClosure
hyp_h : ¬h = 0
b : ℕ → ℝ := fun i => (1 / 2) ^ i * (ε * ‖h‖ / 2) / C
b_pos : ∀ (i : ℕ), 0 < b i
v : ℕ → H
lim_v : Tendsto (fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), v k) atTop (𝓝 h)
v_in : ∀ (n : ℕ), v n ∈ K
hv₀ : ‖v 0 - h‖ < b 0
hv : ∀ n > 0, ‖v n‖ < b n
u : ℕ → G
hu : ∀ (n : ℕ), f (u n) = v n
hnorm_u : ∀ (n : ℕ), ‖u n‖ ≤ C * ‖v n‖
s : ℕ → G := fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), u k
this : CauchySeq s
g : G
hg : Tendsto s atTop (𝓝 g)
n : ℕ
⊢ ‖h‖ + ‖v 0 - h‖ ≤ ‖h‖ + b 0

Tactic:
gcongr

Result:
no goals

Proof state:
case neg.intro.intro.intro.intro.intro.refine_2
G : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup G
inst✝¹ : CompleteSpace G
H : Type u_2
inst✝ : NormedAddCommGroup H
f : NormedAddGroupHom G H
K : AddSubgroup H
C ε : ℝ
hC : 0 < C
hε : 0 < ε
hyp : f.SurjectiveOnWith K C
h : H
h_in : h ∈ K.topologicalClosure
hyp_h : ¬h = 0
b : ℕ → ℝ := fun i => (1 / 2) ^ i * (ε * ‖h‖ / 2) / C
b_pos : ∀ (i : ℕ), 0 < b i
v : ℕ → H
lim_v : Tendsto (fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), v k) atTop (𝓝 h)
v_in : ∀ (n : ℕ), v n ∈ K
hv₀ : ‖v 0 - h‖ < b 0
hv : ∀ n > 0, ‖v n‖ < b n
u : ℕ → G
hu : ∀ (n : ℕ), f (u n) = v n
hnorm_u : ∀ (n : ℕ), ‖u n‖ ≤ C * ‖v n‖
s : ℕ → G := fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), u k
this : CauchySeq s
g : G
hg : Tendsto s atTop (𝓝 g)
n : ℕ
hnorm₀ : ‖u 0‖ ≤ C * b 0 + C * ‖h‖
⊢ ‖s n‖ ≤ (C + ε) * ‖h‖

Tactic:
have : (∑ k ∈ range (n + 1), C * b k) ≤ ε * ‖h‖ :=
  calc (∑ k ∈ range (n + 1), C * b k)
    _ = (∑ k ∈ range (n + 1), (1 / 2 : ℝ) ^ k) * (ε * ‖h‖ / 2) := by
      simp only [b, mul_div_cancel₀ _ hC.ne.symm, ← sum_mul]
    _ ≤ 2 * (ε * ‖h‖ / 2) := by gcongr; apply sum_geometric_two_le
    _ = ε * ‖h‖ := mul_div_cancel₀ _ two_ne_zero

Result:
case neg.intro.intro.intro.intro.intro.refine_2
G : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup G
inst✝¹ : CompleteSpace G
H : Type u_2
inst✝ : NormedAddCommGroup H
f : NormedAddGroupHom G H
K : AddSubgroup H
C ε : ℝ
hC : 0 < C
hε : 0 < ε
hyp : f.SurjectiveOnWith K C
h : H
h_in : h ∈ K.topologicalClosure
hyp_h : ¬h = 0
b : ℕ → ℝ := fun i => (1 / 2) ^ i * (ε * ‖h‖ / 2) / C
b_pos : ∀ (i : ℕ), 0 < b i
v : ℕ → H
lim_v : Tendsto (fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), v k) atTop (𝓝 h)
v_in : ∀ (n : ℕ), v n ∈ K
hv₀ : ‖v 0 - h‖ < b 0
hv : ∀ n > 0, ‖v n‖ < b n
u : ℕ → G
hu : ∀ (n : ℕ), f (u n) = v n
hnorm_u : ∀ (n : ℕ), ‖u n‖ ≤ C * ‖v n‖
s : ℕ → G := fun n => ∑ k ∈ range (n + 1), u k
this✝ : CauchySeq s
g : G
hg : Tendsto s atTop (𝓝 g)
n : ℕ
hnorm₀ : ‖u 0‖ ≤ C * b 0 + C * ‖h‖
this : ∑ k ∈ range (n + 1), C * b k ≤ ε * ‖h‖
⊢ ‖s n‖ ≤ (C + ε) * ‖h‖