-- 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
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‖
⊢ ∑ k ∈ range (n + 1), C * b k + C * ‖h‖ ≤ (C + ε) * ‖h‖

Tactic:
rw [add_comm, add_mul]

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
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‖
⊢ C * ‖h‖ + ∑ k ∈ range (n + 1), C * b k ≤ C * ‖h‖ + ε * ‖h‖

Proof state:
case neg
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
⊢ ∃ g, f g = h ∧ ‖g‖ ≤ (C + ε) * ‖h‖

Tactic:
have b_pos (i) : 0 < b i := by field_simp [b, hC, hyp_h]

Result:
case neg
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
⊢ ∃ g, f g = h ∧ ‖g‖ ≤ (C + ε) * ‖h‖

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
⊢ f 0 = 0 ∧ ‖0‖ ≤ (C + ε) * ‖0‖

Tactic:
simp

Result:
no goals

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
hnorm₀ : ‖u 0‖ ≤ C * b 0 + C * ‖h‖
this : ∑ k ∈ range (n + 1), C * b k ≤ ε * ‖h‖
⊢ ∑ k ∈ range n, C * b (k + 1) + (C * b 0 + C * ‖h‖) = ∑ k ∈ range (n + 1), C * b k + C * ‖h‖

Tactic:
rw [← add_assoc, sum_range_succ']

Result:
no goals

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
⊢ ∃ g, f g = h ∧ ‖g‖ ≤ (C + ε) * ‖h‖

Tactic:
by_cases hyp_h : h = 0

Result:
case pos
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
⊢ ∃ g, f g = h ∧ ‖g‖ ≤ (C + ε) * ‖h‖

case neg
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
⊢ ∃ g, f g = h ∧ ‖g‖ ≤ (C + ε) * ‖h‖

Proof state:
case neg
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
⊢ ∃ g, f g = h ∧ ‖g‖ ≤ (C + ε) * ‖h‖

Tactic:
set b : ℕ → ℝ := fun i => (1 / 2) ^ i * (ε * ‖h‖ / 2) / C

Result:
case neg
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
⊢ ∃ 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
⊢ f.SurjectiveOnWith K.topologicalClosure (C + ε)

Tactic:
rintro (h : H) (h_in : h ∈ K.topologicalClosure)

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
⊢ ∃ 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
n : ℕ
hn : n ≥ 1
⊢ C * ‖v n‖ ≤ C * b n

Tactic:
gcongr

Result:
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
n : ℕ
hn : n ≥ 1
⊢ ‖v n‖ ≤ b n