-- Mathlib/NumberTheory/LSeries/SumCoeff.lean
theorem LSeries_tendsto_sub_mul_nhds_one_of_tendsto_sum_div_aux₃
    (hlim : Tendsto (fun n : ℕ ↦ (∑ k ∈ Icc 1 n, f k) / n) atTop (𝓝 l))
    (hfS : ∀ s : ℝ, 1 < s → LSeriesSummable f s) {ε : ℝ} (hε : ε > 0) :
    ∃ C ≥ 0, (fun s : ℝ ↦ ‖(s - 1) * LSeries f s - s * l‖) ≤ᶠ[𝓝[>] 1]
      fun s ↦ (s - 1) * s * C + s * ε

Proof state:
f : ℕ → ℂ
l : ℂ
hlim : Tendsto (fun n => (∑ k ∈ Icc 1 n, f k) / ↑n) atTop (𝓝 l)
hfS : ∀ (s : ℝ), 1 < s → LSeriesSummable f ↑s
ε : ℝ
hε : ε > 0
T : ℝ
hT₁ : T ≥ 1
hT : ∀ (y : ℝ), T ≤ y → ‖∑ k ∈ Icc 1 ⌊y⌋₊, f k - l * ↑y‖ < ε * y
S : ℝ → ℂ := fun t => ∑ k ∈ Icc 1 ⌊t⌋₊, f k
C : ℝ := ∫ (t : ℝ) in Set.Ioc 1 T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-1 - 1)
hC : 0 ≤ C
s : ℝ
hs : 1 < s
hs' : 0 ≤ (s - 1) * s
h₀ : LocallyIntegrableOn (fun t => S t - l * ↑t) (Set.Ici 1) volume
h₁ : IntegrableOn (fun t => ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-s - 1)) (Set.Ici 1) volume
h₂ : IntegrableOn (fun t => ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-1 - 1)) (Set.Ioc 1 T) volume
h₃ : (↑s - 1) * ∫ (t : ℝ) in Set.Ioi 1, ↑t ^ (-↑s) = 1
Cs : ℝ := ∫ (t : ℝ) in Set.Ioc 1 T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-s - 1)
h₄ : Cs ≤ C
⊢ ‖((↑s - 1) * ↑s * ∫ (t : ℝ) in Set.Ioi 1, S t * ↑t ^ (-↑s - 1)) -
        l * ↑s * ((↑s - 1) * ∫ (t : ℝ) in Set.Ioi 1, ↑t ^ (-↑s))‖ =
    ‖(↑s - 1) * ↑s * ∫ (t : ℝ) in Set.Ioi 1, S t * ↑t ^ (-↑s - 1) - l * ↑t ^ (-↑s)‖

Tactic:
rw [integral_sub, integral_mul_left]

Result:
f : ℕ → ℂ
l : ℂ
hlim : Tendsto (fun n => (∑ k ∈ Icc 1 n, f k) / ↑n) atTop (𝓝 l)
hfS : ∀ (s : ℝ), 1 < s → LSeriesSummable f ↑s
ε : ℝ
hε : ε > 0
T : ℝ
hT₁ : T ≥ 1
hT : ∀ (y : ℝ), T ≤ y → ‖∑ k ∈ Icc 1 ⌊y⌋₊, f k - l * ↑y‖ < ε * y
S : ℝ → ℂ := fun t => ∑ k ∈ Icc 1 ⌊t⌋₊, f k
C : ℝ := ∫ (t : ℝ) in Set.Ioc 1 T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-1 - 1)
hC : 0 ≤ C
s : ℝ
hs : 1 < s
hs' : 0 ≤ (s - 1) * s
h₀ : LocallyIntegrableOn (fun t => S t - l * ↑t) (Set.Ici 1) volume
h₁ : IntegrableOn (fun t => ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-s - 1)) (Set.Ici 1) volume
h₂ : IntegrableOn (fun t => ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-1 - 1)) (Set.Ioc 1 T) volume
h₃ : (↑s - 1) * ∫ (t : ℝ) in Set.Ioi 1, ↑t ^ (-↑s) = 1
Cs : ℝ := ∫ (t : ℝ) in Set.Ioc 1 T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-s - 1)
h₄ : Cs ≤ C
⊢ ‖((↑s - 1) * ↑s * ∫ (t : ℝ) in Set.Ioi 1, S t * ↑t ^ (-↑s - 1)) -
        l * ↑s * ((↑s - 1) * ∫ (t : ℝ) in Set.Ioi 1, ↑t ^ (-↑s))‖ =
    ‖(↑s - 1) * ↑s * ((∫ (a : ℝ) in Set.Ioi 1, S a * ↑a ^ (-↑s - 1)) - l * ∫ (a : ℝ) in Set.Ioi 1, ↑a ^ (-↑s))‖

case hf
f : ℕ → ℂ
l : ℂ
hlim : Tendsto (fun n => (∑ k ∈ Icc 1 n, f k) / ↑n) atTop (𝓝 l)
hfS : ∀ (s : ℝ), 1 < s → LSeriesSummable f ↑s
ε : ℝ
hε : ε > 0
T : ℝ
hT₁ : T ≥ 1
hT : ∀ (y : ℝ), T ≤ y → ‖∑ k ∈ Icc 1 ⌊y⌋₊, f k - l * ↑y‖ < ε * y
S : ℝ → ℂ := fun t => ∑ k ∈ Icc 1 ⌊t⌋₊, f k
C : ℝ := ∫ (t : ℝ) in Set.Ioc 1 T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-1 - 1)
hC : 0 ≤ C
s : ℝ
hs : 1 < s
hs' : 0 ≤ (s - 1) * s
h₀ : LocallyIntegrableOn (fun t => S t - l * ↑t) (Set.Ici 1) volume
h₁ : IntegrableOn (fun t => ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-s - 1)) (Set.Ici 1) volume
h₂ : IntegrableOn (fun t => ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-1 - 1)) (Set.Ioc 1 T) volume
h₃ : (↑s - 1) * ∫ (t : ℝ) in Set.Ioi 1, ↑t ^ (-↑s) = 1
Cs : ℝ := ∫ (t : ℝ) in Set.Ioc 1 T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-s - 1)
h₄ : Cs ≤ C
⊢ Integrable (fun t => S t * ↑t ^ (-↑s - 1)) (volume.restrict (Set.Ioi 1))

case hg
f : ℕ → ℂ
l : ℂ
hlim : Tendsto (fun n => (∑ k ∈ Icc 1 n, f k) / ↑n) atTop (𝓝 l)
hfS : ∀ (s : ℝ), 1 < s → LSeriesSummable f ↑s
ε : ℝ
hε : ε > 0
T : ℝ
hT₁ : T ≥ 1
hT : ∀ (y : ℝ), T ≤ y → ‖∑ k ∈ Icc 1 ⌊y⌋₊, f k - l * ↑y‖ < ε * y
S : ℝ → ℂ := fun t => ∑ k ∈ Icc 1 ⌊t⌋₊, f k
C : ℝ := ∫ (t : ℝ) in Set.Ioc 1 T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-1 - 1)
hC : 0 ≤ C
s : ℝ
hs : 1 < s
hs' : 0 ≤ (s - 1) * s
h₀ : LocallyIntegrableOn (fun t => S t - l * ↑t) (Set.Ici 1) volume
h₁ : IntegrableOn (fun t => ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-s - 1)) (Set.Ici 1) volume
h₂ : IntegrableOn (fun t => ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-1 - 1)) (Set.Ioc 1 T) volume
h₃ : (↑s - 1) * ∫ (t : ℝ) in Set.Ioi 1, ↑t ^ (-↑s) = 1
Cs : ℝ := ∫ (t : ℝ) in Set.Ioc 1 T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-s - 1)
h₄ : Cs ≤ C
⊢ Integrable (fun t => l * ↑t ^ (-↑s)) (volume.restrict (Set.Ioi 1))

Proof state:
f : ℕ → ℂ
l : ℂ
hlim : Tendsto (fun n => (∑ k ∈ Icc 1 n, f k) / ↑n) atTop (𝓝 l)
hfS : ∀ (s : ℝ), 1 < s → LSeriesSummable f ↑s
ε : ℝ
hε : ε > 0
T : ℝ
hT₁ : T ≥ 1
hT : ∀ (y : ℝ), T ≤ y → ‖∑ k ∈ Icc 1 ⌊y⌋₊, f k - l * ↑y‖ < ε * y
S : ℝ → ℂ := fun t => ∑ k ∈ Icc 1 ⌊t⌋₊, f k
C : ℝ := ∫ (t : ℝ) in Set.Ioc 1 T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-1 - 1)
hC : 0 ≤ C
s : ℝ
hs : 1 < s
hs' : 0 ≤ (s - 1) * s
⊢ ContinuousOn (fun t => l * ↑t) (Set.Ici 1)

Tactic:
fun_prop

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro
f : ℕ → ℂ
l : ℂ
hlim : Tendsto (fun n => (∑ k ∈ Icc 1 n, f k) / ↑n) atTop (𝓝 l)
hfS : ∀ (s : ℝ), 1 < s → LSeriesSummable f ↑s
ε : ℝ
hε : ε > 0
T : ℝ
hT₁ : T ≥ 1
hT : ∀ (y : ℝ), T ≤ y → ‖∑ k ∈ Icc 1 ⌊y⌋₊, f k - l * ↑y‖ < ε * y
S : ℝ → ℂ := fun t => ∑ k ∈ Icc 1 ⌊t⌋₊, f k
C : ℝ := ∫ (t : ℝ) in Set.Ioc 1 T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-1 - 1)
⊢ ∃ C ≥ 0, (fun s => ‖(↑s - 1) * LSeries f ↑s - ↑s * l‖) ≤ᶠ[𝓝[>] 1] fun s => (s - 1) * s * C + s * ε

Tactic:
have hC : 0 ≤ C := by
  refine setIntegral_nonneg_ae measurableSet_Ioc (univ_mem' fun t ht ↦ ?_)
  exact mul_nonneg (norm_nonneg _) <| Real.rpow_nonneg (zero_le_one.trans ht.1.le) _

Result:
case intro.intro
f : ℕ → ℂ
l : ℂ
hlim : Tendsto (fun n => (∑ k ∈ Icc 1 n, f k) / ↑n) atTop (𝓝 l)
hfS : ∀ (s : ℝ), 1 < s → LSeriesSummable f ↑s
ε : ℝ
hε : ε > 0
T : ℝ
hT₁ : T ≥ 1
hT : ∀ (y : ℝ), T ≤ y → ‖∑ k ∈ Icc 1 ⌊y⌋₊, f k - l * ↑y‖ < ε * y
S : ℝ → ℂ := fun t => ∑ k ∈ Icc 1 ⌊t⌋₊, f k
C : ℝ := ∫ (t : ℝ) in Set.Ioc 1 T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-1 - 1)
hC : 0 ≤ C
⊢ ∃ C ≥ 0, (fun s => ‖(↑s - 1) * LSeries f ↑s - ↑s * l‖) ≤ᶠ[𝓝[>] 1] fun s => (s - 1) * s * C + s * ε

Proof state:
f : ℕ → ℂ
l : ℂ
hlim : Tendsto (fun n => (∑ k ∈ Icc 1 n, f k) / ↑n) atTop (𝓝 l)
hfS : ∀ (s : ℝ), 1 < s → LSeriesSummable f ↑s
ε : ℝ
hε : ε > 0
T : ℝ
hT₁ : T ≥ 1
hT : ∀ (y : ℝ), T ≤ y → ‖∑ k ∈ Icc 1 ⌊y⌋₊, f k - l * ↑y‖ < ε * y
S : ℝ → ℂ := fun t => ∑ k ∈ Icc 1 ⌊t⌋₊, f k
C : ℝ := ∫ (t : ℝ) in Set.Ioc 1 T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-1 - 1)
hC : 0 ≤ C
s : ℝ
hs : 1 < s
hs' : 0 ≤ (s - 1) * s
⊢ LocallyIntegrableOn (fun t => S t - l * ↑t) (Set.Ici 1) volume

Tactic:
refine .sub ?_ <| ContinuousOn.locallyIntegrableOn (by fun_prop) measurableSet_Ici

Result:
f : ℕ → ℂ
l : ℂ
hlim : Tendsto (fun n => (∑ k ∈ Icc 1 n, f k) / ↑n) atTop (𝓝 l)
hfS : ∀ (s : ℝ), 1 < s → LSeriesSummable f ↑s
ε : ℝ
hε : ε > 0
T : ℝ
hT₁ : T ≥ 1
hT : ∀ (y : ℝ), T ≤ y → ‖∑ k ∈ Icc 1 ⌊y⌋₊, f k - l * ↑y‖ < ε * y
S : ℝ → ℂ := fun t => ∑ k ∈ Icc 1 ⌊t⌋₊, f k
C : ℝ := ∫ (t : ℝ) in Set.Ioc 1 T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-1 - 1)
hC : 0 ≤ C
s : ℝ
hs : 1 < s
hs' : 0 ≤ (s - 1) * s
⊢ LocallyIntegrableOn S (Set.Ici 1) volume