-- Mathlib/Analysis/Fourier/FourierTransform.lean
theorem integral_bilin_fourierIntegral_eq_flip
    {f : V → E} {g : W → F} (M : E →L[ℂ] F →L[ℂ] G) (he : Continuous e)
    (hL : Continuous fun p : V × W ↦ L p.1 p.2) (hf : Integrable f μ) (hg : Integrable g ν) :
    ∫ ξ, M (fourierIntegral e μ L f ξ) (g ξ) ∂ν =
      ∫ x, M (f x) (fourierIntegral e ν L.flip g x) ∂μ

Proof state:
𝕜 : Type u_1
inst✝²³ : CommRing 𝕜
V : Type u_2
inst✝²² : AddCommGroup V
inst✝²¹ : Module 𝕜 V
inst✝²⁰ : MeasurableSpace V
W : Type u_3
inst✝¹⁹ : AddCommGroup W
inst✝¹⁸ : Module 𝕜 W
E : Type u_4
F : Type u_5
G : Type u_6
inst✝¹⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝¹⁶ : NormedSpace ℂ E
inst✝¹⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝¹⁴ : NormedSpace ℂ F
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup G
inst✝¹² : NormedSpace ℂ G
inst✝¹¹ : TopologicalSpace 𝕜
inst✝¹⁰ : IsTopologicalRing 𝕜
inst✝⁹ : TopologicalSpace V
inst✝⁸ : BorelSpace V
inst✝⁷ : TopologicalSpace W
inst✝⁶ : MeasurableSpace W
inst✝⁵ : BorelSpace W
e : AddChar 𝕜 𝕊
μ : Measure V
L : V →ₗ[𝕜] W →ₗ[𝕜] 𝕜
ν : Measure W
inst✝⁴ : SigmaFinite μ
inst✝³ : SigmaFinite ν
inst✝² : SecondCountableTopology V
inst✝¹ : CompleteSpace E
inst✝ : CompleteSpace F
f : V → E
g : W → F
M : E →L[ℂ] F →L[ℂ] G
he : Continuous ⇑e
hL : Continuous fun p => (L p.1) p.2
hf : Integrable f μ
hg : Integrable g ν
hG : CompleteSpace G
ξ : W
⊢ Integrable (fun x => e (-(L x) ξ) • f x) μ

Tactic:
exact (fourierIntegral_convergent_iff he hL _).2 hf

Result:
no goals

Proof state:
case hf.hf
𝕜 : Type u_1
inst✝²³ : CommRing 𝕜
V : Type u_2
inst✝²² : AddCommGroup V
inst✝²¹ : Module 𝕜 V
inst✝²⁰ : MeasurableSpace V
W : Type u_3
inst✝¹⁹ : AddCommGroup W
inst✝¹⁸ : Module 𝕜 W
E : Type u_4
F : Type u_5
G : Type u_6
inst✝¹⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝¹⁶ : NormedSpace ℂ E
inst✝¹⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝¹⁴ : NormedSpace ℂ F
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup G
inst✝¹² : NormedSpace ℂ G
inst✝¹¹ : TopologicalSpace 𝕜
inst✝¹⁰ : IsTopologicalRing 𝕜
inst✝⁹ : TopologicalSpace V
inst✝⁸ : BorelSpace V
inst✝⁷ : TopologicalSpace W
inst✝⁶ : MeasurableSpace W
inst✝⁵ : BorelSpace W
e : AddChar 𝕜 𝕊
μ : Measure V
L : V →ₗ[𝕜] W →ₗ[𝕜] 𝕜
ν : Measure W
inst✝⁴ : SigmaFinite μ
inst✝³ : SigmaFinite ν
inst✝² : SecondCountableTopology V
inst✝¹ : CompleteSpace E
inst✝ : CompleteSpace F
f : V → E
g : W → F
M : E →L[ℂ] F →L[ℂ] G
he : Continuous ⇑e
hL : Continuous fun p => (L p.1) p.2
hf : Integrable f μ
hg : Integrable g ν
hG : CompleteSpace G
this : Integrable (fun p => ‖M‖ * (‖g p.1‖ * ‖f p.2‖)) (ν.prod μ)
A : AEStronglyMeasurable (fun p => e (-(L p.2) p.1) • f p.2) (ν.prod μ)
⊢ AEStronglyMeasurable (fun p => (M (e (-(L p.2) p.1) • f p.2)) (g p.1)) (ν.prod μ)

Tactic:
have A' : AEStronglyMeasurable (fun p ↦ (g p.1, e (-(L p.2) p.1) • f p.2) : W × V → F × E)
  (Measure.prod ν μ) := hg.1.fst.prod_mk A

Result:
case hf.hf
𝕜 : Type u_1
inst✝²³ : CommRing 𝕜
V : Type u_2
inst✝²² : AddCommGroup V
inst✝²¹ : Module 𝕜 V
inst✝²⁰ : MeasurableSpace V
W : Type u_3
inst✝¹⁹ : AddCommGroup W
inst✝¹⁸ : Module 𝕜 W
E : Type u_4
F : Type u_5
G : Type u_6
inst✝¹⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝¹⁶ : NormedSpace ℂ E
inst✝¹⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝¹⁴ : NormedSpace ℂ F
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup G
inst✝¹² : NormedSpace ℂ G
inst✝¹¹ : TopologicalSpace 𝕜
inst✝¹⁰ : IsTopologicalRing 𝕜
inst✝⁹ : TopologicalSpace V
inst✝⁸ : BorelSpace V
inst✝⁷ : TopologicalSpace W
inst✝⁶ : MeasurableSpace W
inst✝⁵ : BorelSpace W
e : AddChar 𝕜 𝕊
μ : Measure V
L : V →ₗ[𝕜] W →ₗ[𝕜] 𝕜
ν : Measure W
inst✝⁴ : SigmaFinite μ
inst✝³ : SigmaFinite ν
inst✝² : SecondCountableTopology V
inst✝¹ : CompleteSpace E
inst✝ : CompleteSpace F
f : V → E
g : W → F
M : E →L[ℂ] F →L[ℂ] G
he : Continuous ⇑e
hL : Continuous fun p => (L p.1) p.2
hf : Integrable f μ
hg : Integrable g ν
hG : CompleteSpace G
this : Integrable (fun p => ‖M‖ * (‖g p.1‖ * ‖f p.2‖)) (ν.prod μ)
A : AEStronglyMeasurable (fun p => e (-(L p.2) p.1) • f p.2) (ν.prod μ)
A' : AEStronglyMeasurable (fun p => (g p.1, e (-(L p.2) p.1) • f p.2)) (ν.prod μ)
⊢ AEStronglyMeasurable (fun p => (M (e (-(L p.2) p.1) • f p.2)) (g p.1)) (ν.prod μ)

Proof state:
case hf.h.h
𝕜 : Type u_1
inst✝²³ : CommRing 𝕜
V : Type u_2
inst✝²² : AddCommGroup V
inst✝²¹ : Module 𝕜 V
inst✝²⁰ : MeasurableSpace V
W : Type u_3
inst✝¹⁹ : AddCommGroup W
inst✝¹⁸ : Module 𝕜 W
E : Type u_4
F : Type u_5
G : Type u_6
inst✝¹⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝¹⁶ : NormedSpace ℂ E
inst✝¹⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝¹⁴ : NormedSpace ℂ F
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup G
inst✝¹² : NormedSpace ℂ G
inst✝¹¹ : TopologicalSpace 𝕜
inst✝¹⁰ : IsTopologicalRing 𝕜
inst✝⁹ : TopologicalSpace V
inst✝⁸ : BorelSpace V
inst✝⁷ : TopologicalSpace W
inst✝⁶ : MeasurableSpace W
inst✝⁵ : BorelSpace W
e : AddChar 𝕜 𝕊
μ : Measure V
L : V →ₗ[𝕜] W →ₗ[𝕜] 𝕜
ν : Measure W
inst✝⁴ : SigmaFinite μ
inst✝³ : SigmaFinite ν
inst✝² : SecondCountableTopology V
inst✝¹ : CompleteSpace E
inst✝ : CompleteSpace F
f : V → E
g : W → F
M : E →L[ℂ] F →L[ℂ] G
he : Continuous ⇑e
hL : Continuous fun p => (L p.1) p.2
hf : Integrable f μ
hg : Integrable g ν
hG : CompleteSpace G
this : Integrable (fun p => ‖M‖ * (‖g p.1‖ * ‖f p.2‖)) (ν.prod μ)
ξ : W
x : V
⊢ ‖Function.uncurry (fun ξ x => (M.flip (g ξ)) (e (-(L x) ξ) • f x)) (ξ, x)‖ ≤ ‖‖M‖ * (‖g (ξ, x).1‖ * ‖f (ξ, x).2‖)‖

Tactic:
rw [Function.uncurry_apply_pair, Submonoid.smul_def, (M.flip (g ξ)).map_smul,
  ← Submonoid.smul_def, Circle.norm_smul, ContinuousLinearMap.flip_apply,
  norm_mul, norm_norm M, norm_mul, norm_norm, norm_norm, mul_comm (‖g _‖), ← mul_assoc]

Result:
case hf.h.h
𝕜 : Type u_1
inst✝²³ : CommRing 𝕜
V : Type u_2
inst✝²² : AddCommGroup V
inst✝²¹ : Module 𝕜 V
inst✝²⁰ : MeasurableSpace V
W : Type u_3
inst✝¹⁹ : AddCommGroup W
inst✝¹⁸ : Module 𝕜 W
E : Type u_4
F : Type u_5
G : Type u_6
inst✝¹⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝¹⁶ : NormedSpace ℂ E
inst✝¹⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝¹⁴ : NormedSpace ℂ F
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup G
inst✝¹² : NormedSpace ℂ G
inst✝¹¹ : TopologicalSpace 𝕜
inst✝¹⁰ : IsTopologicalRing 𝕜
inst✝⁹ : TopologicalSpace V
inst✝⁸ : BorelSpace V
inst✝⁷ : TopologicalSpace W
inst✝⁶ : MeasurableSpace W
inst✝⁵ : BorelSpace W
e : AddChar 𝕜 𝕊
μ : Measure V
L : V →ₗ[𝕜] W →ₗ[𝕜] 𝕜
ν : Measure W
inst✝⁴ : SigmaFinite μ
inst✝³ : SigmaFinite ν
inst✝² : SecondCountableTopology V
inst✝¹ : CompleteSpace E
inst✝ : CompleteSpace F
f : V → E
g : W → F
M : E →L[ℂ] F →L[ℂ] G
he : Continuous ⇑e
hL : Continuous fun p => (L p.1) p.2
hf : Integrable f μ
hg : Integrable g ν
hG : CompleteSpace G
this : Integrable (fun p => ‖M‖ * (‖g p.1‖ * ‖f p.2‖)) (ν.prod μ)
ξ : W
x : V
⊢ ‖(M (f x)) (g ξ)‖ ≤ ‖M‖ * ‖f (ξ, x).2‖ * ‖g (ξ, x).1‖