-- Mathlib/LinearAlgebra/Matrix/Gershgorin.lean
theorem eigenvalue_mem_ball {μ : K} (hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ) :
    ∃ k, μ ∈ Metric.closedBall (A k k) (∑ j ∈ Finset.univ.erase k, ‖A k j‖)

Proof state:
case e_a
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
h_nz✝ : v ≠ 0
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i ≠ 0
h_le : ∀ (j : n), ‖v j * (v i)⁻¹‖ ≤ 1
⊢ (A i i - μ) * v i = A i i * v i - μ * v i

Tactic:
ring

Result:
no goals

Proof state:
case inr.intro.intro.intro.intro
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
h_nz : v ≠ 0
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
⊢ ∃ k, μ ∈ Metric.closedBall (A k k) (∑ j ∈ Finset.univ.erase k, ‖A k j‖)

Tactic:
have h_nz : v i ≠ 0 := by
  contrapose! h_nz
  ext j
  rw [Pi.zero_apply, ← norm_le_zero_iff]
  refine (h_i ▸ Finset.le_sup' (fun i => ‖v i‖) (Finset.mem_univ j)).trans ?_
  exact norm_le_zero_iff.mpr h_nz

Result:
case inr.intro.intro.intro.intro
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
h_nz✝ : v ≠ 0
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i ≠ 0
⊢ ∃ k, μ ∈ Metric.closedBall (A k k) (∑ j ∈ Finset.univ.erase k, ‖A k j‖)

Proof state:
case h
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i = 0
j : n
⊢ ‖v j‖ ≤ 0

Tactic:
refine (h_i ▸ Finset.le_sup' (fun i => ‖v i‖) (Finset.mem_univ j)).trans ?_

Result:
case h
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i = 0
j : n
⊢ ‖v i‖ ≤ 0

Proof state:
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
h_nz✝ : v ≠ 0
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i ≠ 0
h_le : ∀ (j : n), ‖v j * (v i)⁻¹‖ ≤ 1
⊢ ∑ i_1 ∈ Finset.univ.erase i, ‖A i i_1 * v i_1 * (v i)⁻¹‖ = ∑ j ∈ Finset.univ.erase i, ‖A i j‖ * ‖v j * (v i)⁻¹‖

Tactic:
simp_rw [mul_assoc, norm_mul]

Result:
no goals

Proof state:
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
h_nz✝ : v ≠ 0
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i ≠ 0
h_le : ∀ (j : n), ‖v j * (v i)⁻¹‖ ≤ 1
⊢ ‖(A i i * v i - ∑ j : n, A i j * v j) * (v i)⁻¹‖ = ‖(∑ j ∈ Finset.univ.erase i, A i j * v j) * (v i)⁻¹‖

Tactic:
rw [Finset.sum_erase_eq_sub (Finset.mem_univ i), ← neg_sub, neg_mul, norm_neg]

Result:
no goals

Proof state:
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
h_nz✝ : v ≠ 0
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i ≠ 0
j : n
⊢ ‖v j‖ ≤ ‖v i‖

Tactic:
exact h_i ▸ Finset.le_sup' (fun i => ‖v i‖) (Finset.mem_univ j)

Result:
no goals

Proof state:
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
h_nz✝ : v ≠ 0
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i ≠ 0
h_le : ∀ (j : n), ‖v j * (v i)⁻¹‖ ≤ 1
⊢ ‖A i i - μ‖ = ‖(A i i * v i - μ * v i) * (v i)⁻¹‖

Tactic:
congr

Result:
case e_a
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
h_nz✝ : v ≠ 0
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i ≠ 0
h_le : ∀ (j : n), ‖v j * (v i)⁻¹‖ ≤ 1
⊢ A i i - μ = (A i i * v i - μ * v i) * (v i)⁻¹

Proof state:
case e_a
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
h_nz✝ : v ≠ 0
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i ≠ 0
h_le : ∀ (j : n), ‖v j * (v i)⁻¹‖ ≤ 1
⊢ A i i - μ = (A i i * v i - μ * v i) * (v i)⁻¹

Tactic:
field_simp [h_nz]

Result:
case e_a
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
h_nz✝ : v ≠ 0
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i ≠ 0
h_le : ∀ (j : n), ‖v j * (v i)⁻¹‖ ≤ 1
⊢ (A i i - μ) * v i = A i i * v i - μ * v i

Proof state:
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
h_nz✝ : v ≠ 0
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i ≠ 0
h_le : ∀ (j : n), ‖v j * (v i)⁻¹‖ ≤ 1
⊢ ‖(∑ j ∈ Finset.univ.erase i, A i j * v j) * (v i)⁻¹‖ ≤ ∑ j ∈ Finset.univ.erase i, ‖A i j‖ * ‖v j * (v i)⁻¹‖

Tactic:
rw [Finset.sum_mul]

Result:
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
h_nz✝ : v ≠ 0
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i ≠ 0
h_le : ∀ (j : n), ‖v j * (v i)⁻¹‖ ≤ 1
⊢ ‖∑ i_1 ∈ Finset.univ.erase i, A i i_1 * v i_1 * (v i)⁻¹‖ ≤ ∑ j ∈ Finset.univ.erase i, ‖A i j‖ * ‖v j * (v i)⁻¹‖

Proof state:
K : Type u_1
n : Type u_2
inst✝² : NormedField K
inst✝¹ : Fintype n
inst✝ : DecidableEq n
A : Matrix n n K
μ : K
hμ : Module.End.HasEigenvalue (Matrix.toLin' A) μ
h✝ : Nonempty n
v : n → K
h_eg : v ∈ (Module.End.genEigenspace (Matrix.toLin' A) μ) 1
h_nz✝ : v ≠ 0
i : n
h_i : (Finset.univ.sup' ⋯ fun i => ‖v i‖) = ‖v i‖
h_nz : v i ≠ 0
h_le : ∀ (j : n), ‖v j * (v i)⁻¹‖ ≤ 1
⊢ ‖(A i i * v i - μ * v i) * (v i)⁻¹‖ = ‖(A i i * v i - ∑ j : n, A i j * v j) * (v i)⁻¹‖

Tactic:
rw [show μ * v i = ∑ x : n, A i x * v x by
  rw [← dotProduct, ← Matrix.mulVec]
  exact (congrFun (Module.End.mem_eigenspace_iff.mp h_eg) i).symm]

Result:
no goals