-- Mathlib/Analysis/Calculus/Darboux.lean
theorem exists_hasDerivWithinAt_eq_of_gt_of_lt (hab : a ≤ b)
    (hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x) {m : ℝ} (hma : f' a < m)
    (hmb : m < f' b) : m ∈ f' '' Ioo a b

Proof state:
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
cmem' : c ∈ Ioo a b
⊢ Icc a b ∈ 𝓝 c

Tactic:
rwa [← mem_interior_iff_mem_nhds, interior_Icc]

Result:
no goals

Proof state:
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
⊢ c ∈ Ioo a b

Tactic:
rcases cmem.1.eq_or_lt with (rfl | hac)

Result:
case inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : a ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) a
⊢ a ∈ Ioo a b

case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
hac : a < c
⊢ c ∈ Ioo a b

Proof state:
case right
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
cmem' : c ∈ Ioo a b
⊢ f' c = m

Tactic:
rw [← sub_eq_zero]

Result:
case right
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
cmem' : c ∈ Ioo a b
⊢ f' c - m = 0

Proof state:
case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b

Tactic:
have hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x := by
  intro x hx
  simpa using (hf x hx).sub ((hasDerivWithinAt_id x _).const_mul m)

Result:
case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b

Proof state:
case inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : a ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) a
⊢ a ∈ Ioo a b

Tactic:
refine absurd (sub_nonneg.1 <| nonneg_of_mul_nonneg_right ?_ (sub_pos.2 hab'))
  (not_le_of_lt hma)

Result:
case inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : a ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) a
⊢ 0 ≤ (b - a) * (f' a - m)

Proof state:
case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
hac : a < c
⊢ c ∈ Ioo a b

Tactic:
rcases cmem.2.eq_or_gt with (rfl | hcb)

Result:
case inr.inl
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
cmem : b ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) b
hac : a < b
⊢ b ∈ Ioo a b

case inr.inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
hac : a < c
hcb : c < b
⊢ c ∈ Ioo a b

Proof state:
case inr.intro.intro
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
cmem' : c ∈ Ioo a b
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b

Tactic:
use c, cmem'

Result:
case right
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
cmem' : c ∈ Ioo a b
⊢ f' c = m

Proof state:
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
⊢ ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x

Tactic:
intro x hx

Result:
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
x : ℝ
hx : x ∈ Icc a b
⊢ HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x

Proof state:
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b

Tactic:
rcases hab.eq_or_lt with (rfl | hab')

Result:
case inl
a : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
m : ℝ
hma : f' a < m
hab : a ≤ a
hf : ∀ x ∈ Icc a a, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a a) x
hmb : m < f' a
⊢ m ∈ f' '' Ioo a a

case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b

Proof state:
case inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b

Tactic:
obtain ⟨c, cmem, hc⟩ : ∃ c ∈ Icc a b, IsMinOn g (Icc a b) c :=
  isCompact_Icc.exists_isMinOn (nonempty_Icc.2 <| hab) fun x hx => (hg x hx).continuousWithinAt

Result:
case inr.intro.intro
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
⊢ m ∈ f' '' Ioo a b

Proof state:
case inr.inr
a b : ℝ
f f' : ℝ → ℝ
hab : a ≤ b
hf : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt f (f' x) (Icc a b) x
m : ℝ
hma : f' a < m
hmb : m < f' b
hab' : a < b
g : ℝ → ℝ := fun x => f x - m * x
hg : ∀ x ∈ Icc a b, HasDerivWithinAt g (f' x - m) (Icc a b) x
c : ℝ
cmem : c ∈ Icc a b
hc : IsMinOn g (Icc a b) c
hac : a < c
hcb : c < b
⊢ c ∈ Ioo a b

Tactic:
exact ⟨hac, hcb⟩

Result:
no goals