-- Mathlib/Analysis/NormedSpace/RieszLemma.lean
theorem riesz_lemma_of_norm_lt {c : 𝕜} (hc : 1 < ‖c‖) {R : ℝ} (hR : ‖c‖ < R) {F : Subspace 𝕜 E}
    (hFc : IsClosed (F : Set E)) (hF : ∃ x : E, x ∉ F) :
    ∃ x₀ : E, ‖x₀‖ ≤ R ∧ ∀ y ∈ F, 1 ≤ ‖x₀ - y‖

Proof state:
𝕜 : Type u_1
inst✝² : NormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
c : 𝕜
hc : 1 < ‖c‖
R : ℝ
hR : ‖c‖ < R
F : Subspace 𝕜 E
hFc : IsClosed ↑F
hF : ∃ x, x ∉ F
Rpos : 0 < R
this : ‖c‖ / R < 1
x : E
xF : x ∉ F
hx : ∀ y ∈ F, ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y‖
H : x = 0
⊢ False

Tactic:
simp [H] at xF

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝² : NormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
c : 𝕜
hc : 1 < ‖c‖
R : ℝ
hR : ‖c‖ < R
F : Subspace 𝕜 E
hFc : IsClosed ↑F
hF : ∃ x, x ∉ F
Rpos : 0 < R
this : ‖c‖ / R < 1
x : E
xF : x ∉ F
hx : ∀ y ∈ F, ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y‖
x0 : x ≠ 0
d : 𝕜
d0 : d ≠ 0
dxlt : ‖d • x‖ < R
ledx : R / ‖c‖ ≤ ‖d • x‖
y : E
hy : y ∈ F
⊢ 1 ≤ ‖d • x - y‖

Tactic:
set y' := d⁻¹ • y

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝² : NormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
c : 𝕜
hc : 1 < ‖c‖
R : ℝ
hR : ‖c‖ < R
F : Subspace 𝕜 E
hFc : IsClosed ↑F
hF : ∃ x, x ∉ F
Rpos : 0 < R
this : ‖c‖ / R < 1
x : E
xF : x ∉ F
hx : ∀ y ∈ F, ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y‖
x0 : x ≠ 0
d : 𝕜
d0 : d ≠ 0
dxlt : ‖d • x‖ < R
ledx : R / ‖c‖ ≤ ‖d • x‖
y : E
hy : y ∈ F
y' : E := d⁻¹ • y
⊢ 1 ≤ ‖d • x - y‖

Proof state:
case h
𝕜 : Type u_1
inst✝² : NormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
c : 𝕜
hc : 1 < ‖c‖
R : ℝ
hR : ‖c‖ < R
F : Subspace 𝕜 E
hFc : IsClosed ↑F
hF : ∃ x, x ∉ F
Rpos : 0 < R
this : ‖c‖ / R < 1
x : E
xF : x ∉ F
hx : ∀ y ∈ F, ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y‖
x0 : x ≠ 0
d : 𝕜
d0 : d ≠ 0
dxlt : ‖d • x‖ < R
ledx : R / ‖c‖ ≤ ‖d • x‖
y : E
hy : y ∈ F
y' : E := d⁻¹ • y
yy' : y = d • y'
⊢ ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y'‖

Tactic:
exact hx y' (by simp [y', Submodule.smul_mem _ _ hy])

Result:
no goals

Proof state:
𝕜 : Type u_1
inst✝² : NormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
c : 𝕜
hc : 1 < ‖c‖
R : ℝ
hR : ‖c‖ < R
F : Subspace 𝕜 E
hFc : IsClosed ↑F
hF : ∃ x, x ∉ F
Rpos : 0 < R
this : ‖c‖ / R < 1
x : E
xF : x ∉ F
hx : ∀ y ∈ F, ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y‖
x0 : x ≠ 0
d : 𝕜
d0 : d ≠ 0
dxlt : ‖d • x‖ < R
ledx : R / ‖c‖ ≤ ‖d • x‖
y : E
hy : y ∈ F
y' : E := d⁻¹ • y
yy' : y = d • y'
⊢ ‖c‖ / R * ‖d • x‖ = ‖d‖ * (‖c‖ / R * ‖x‖)

Tactic:
simp only [norm_smul]

Result:
𝕜 : Type u_1
inst✝² : NormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
c : 𝕜
hc : 1 < ‖c‖
R : ℝ
hR : ‖c‖ < R
F : Subspace 𝕜 E
hFc : IsClosed ↑F
hF : ∃ x, x ∉ F
Rpos : 0 < R
this : ‖c‖ / R < 1
x : E
xF : x ∉ F
hx : ∀ y ∈ F, ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y‖
x0 : x ≠ 0
d : 𝕜
d0 : d ≠ 0
dxlt : ‖d • x‖ < R
ledx : R / ‖c‖ ≤ ‖d • x‖
y : E
hy : y ∈ F
y' : E := d⁻¹ • y
yy' : y = d • y'
⊢ ‖c‖ / R * (‖d‖ * ‖x‖) = ‖d‖ * (‖c‖ / R * ‖x‖)

Proof state:
𝕜 : Type u_1
inst✝² : NormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
c : 𝕜
hc : 1 < ‖c‖
R : ℝ
hR : ‖c‖ < R
F : Subspace 𝕜 E
hFc : IsClosed ↑F
hF : ∃ x, x ∉ F
Rpos : 0 < R
this : ‖c‖ / R < 1
x : E
xF : x ∉ F
hx : ∀ y ∈ F, ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y‖
x0 : x ≠ 0
d : 𝕜
d0 : d ≠ 0
dxlt : ‖d • x‖ < R
ledx : R / ‖c‖ ≤ ‖d • x‖
y : E
hy : y ∈ F
y' : E := d⁻¹ • y
⊢ y = d • y'

Tactic:
simp [y', smul_smul, mul_inv_cancel₀ d0]

Result:
no goals

Proof state:
𝕜 : Type u_1
inst✝² : NormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
c : 𝕜
hc : 1 < ‖c‖
R : ℝ
hR : ‖c‖ < R
F : Subspace 𝕜 E
hFc : IsClosed ↑F
hF : ∃ x, x ∉ F
Rpos : 0 < R
this : ‖c‖ / R < 1
x : E
xF : x ∉ F
hx : ∀ y ∈ F, ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y‖
x0 : x ≠ 0
d : 𝕜
d0 : d ≠ 0
dxlt : ‖d • x‖ < R
ledx : R / ‖c‖ ≤ ‖d • x‖
y : E
hy : y ∈ F
y' : E := d⁻¹ • y
yy' : y = d • y'
⊢ ‖d‖ * ‖x - y'‖ = ‖d • x - y‖

Tactic:
rw [yy', ← smul_sub, norm_smul]

Result:
no goals

Proof state:
𝕜 : Type u_1
inst✝² : NormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
c : 𝕜
hc : 1 < ‖c‖
R : ℝ
hR : ‖c‖ < R
F : Subspace 𝕜 E
hFc : IsClosed ↑F
hF : ∃ x, x ∉ F
Rpos : 0 < R
this : ‖c‖ / R < 1
⊢ ∃ x₀, ‖x₀‖ ≤ R ∧ ∀ y ∈ F, 1 ≤ ‖x₀ - y‖

Tactic:
rcases riesz_lemma hFc hF this with ⟨x, xF, hx⟩

Result:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝² : NormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
c : 𝕜
hc : 1 < ‖c‖
R : ℝ
hR : ‖c‖ < R
F : Subspace 𝕜 E
hFc : IsClosed ↑F
hF : ∃ x, x ∉ F
Rpos : 0 < R
this : ‖c‖ / R < 1
x : E
xF : x ∉ F
hx : ∀ y ∈ F, ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y‖
⊢ ∃ x₀, ‖x₀‖ ≤ R ∧ ∀ y ∈ F, 1 ≤ ‖x₀ - y‖

Proof state:
𝕜 : Type u_1
inst✝² : NormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
c : 𝕜
hc : 1 < ‖c‖
R : ℝ
hR : ‖c‖ < R
F : Subspace 𝕜 E
hFc : IsClosed ↑F
hF : ∃ x, x ∉ F
Rpos : 0 < R
this : ‖c‖ / R < 1
x : E
xF : x ∉ F
hx : ∀ y ∈ F, ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y‖
x0 : x ≠ 0
d : 𝕜
d0 : d ≠ 0
dxlt : ‖d • x‖ < R
ledx : R / ‖c‖ ≤ ‖d • x‖
y : E
hy : y ∈ F
y' : E := d⁻¹ • y
yy' : y = d • y'
⊢ ‖d‖ * (‖c‖ / R * ‖x‖) ≤ ‖d‖ * ‖x - y'‖

Tactic:
gcongr

Result:
case h
𝕜 : Type u_1
inst✝² : NormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
c : 𝕜
hc : 1 < ‖c‖
R : ℝ
hR : ‖c‖ < R
F : Subspace 𝕜 E
hFc : IsClosed ↑F
hF : ∃ x, x ∉ F
Rpos : 0 < R
this : ‖c‖ / R < 1
x : E
xF : x ∉ F
hx : ∀ y ∈ F, ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y‖
x0 : x ≠ 0
d : 𝕜
d0 : d ≠ 0
dxlt : ‖d • x‖ < R
ledx : R / ‖c‖ ≤ ‖d • x‖
y : E
hy : y ∈ F
y' : E := d⁻¹ • y
yy' : y = d • y'
⊢ ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y'‖

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝² : NormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
c : 𝕜
hc : 1 < ‖c‖
R : ℝ
hR : ‖c‖ < R
F : Subspace 𝕜 E
hFc : IsClosed ↑F
hF : ∃ x, x ∉ F
Rpos : 0 < R
this : ‖c‖ / R < 1
x : E
xF : x ∉ F
hx : ∀ y ∈ F, ‖c‖ / R * ‖x‖ ≤ ‖x - y‖
x0 : x ≠ 0
d : 𝕜
d0 : d ≠ 0
dxlt : ‖d • x‖ < R
ledx : R / ‖c‖ ≤ ‖d • x‖
y : E
hy : y ∈ F
y' : E := d⁻¹ • y
yy' : y = d • y'
⊢ 1 ≤ ‖d • x - y‖

Tactic:
calc
  1 = ‖c‖ / R * (R / ‖c‖) := by field_simp [Rpos.ne', (zero_lt_one.trans hc).ne']
  _ ≤ ‖c‖ / R * ‖d • x‖ := by gcongr
  _ = ‖d‖ * (‖c‖ / R * ‖x‖) := by
    simp only [norm_smul]
    ring
  _ ≤ ‖d‖ * ‖x - y'‖ := by gcongr; exact hx y' (by simp [y', Submodule.smul_mem _ _ hy])
  _ = ‖d • x - y‖ := by rw [yy', ← smul_sub, norm_smul]

Result:
no goals