-- Mathlib/Combinatorics/SimpleGraph/Regularity/Increment.lean
lemma le_sum_distinctPairs_edgeDensity_sq (x : {i // i ∈ P.parts.offDiag}) (hε₁ : ε ≤ 1)
    (hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ card α) (hPε : ↑100 ≤ ↑4 ^ #P.parts * ε ^ 5) :
    (G.edgeDensity x.1.1 x.1.2 : ℝ) ^ 2 +
      ((if G.IsUniform ε x.1.1 x.1.2 then 0 else ε ^ 4 / 3) - ε ^ 5 / 25) ≤
    (∑ i ∈ distinctPairs hP G ε x, G.edgeDensity i.1 i.2 ^ 2 : ℝ) / 16 ^ #P.parts

Proof state:
case neg
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
inst✝ : Nonempty α
x : { i // i ∈ P.parts.offDiag }
hε₁ : ε ≤ 1
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
h : ¬G.IsUniform ε (↑x).1 (↑x).2
⊢ ↑(G.edgeDensity (↑x).1 (↑x).2) ^ 2 - ε ^ 5 / 25 + ε ^ 4 / 3 ≤
    (∑ i ∈ (chunk hP G ε ⋯).parts ×ˢ (chunk hP G ε ⋯).parts, ↑(G.edgeDensity i.1 i.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts

Tactic:
exact edgeDensity_chunk_not_uniform hPα hPε hε₁ (mem_offDiag.1 x.2).2.2 h

Result:
no goals

Proof state:
case pos
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
inst✝ : Nonempty α
x : { i // i ∈ P.parts.offDiag }
hε₁ : ε ≤ 1
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
h : G.IsUniform ε (↑x).1 (↑x).2
⊢ ↑(G.edgeDensity (↑x).1 (↑x).2) ^ 2 - ε ^ 5 / 25 ≤
    (∑ i ∈ (chunk hP G ε ⋯).parts ×ˢ (chunk hP G ε ⋯).parts, ↑(G.edgeDensity i.1 i.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts

Tactic:
exact edgeDensity_chunk_uniform hPα hPε _ _

Result:
no goals

Proof state:
case pos
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
inst✝ : Nonempty α
x : { i // i ∈ P.parts.offDiag }
hε₁ : ε ≤ 1
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
h : G.IsUniform ε (↑x).1 (↑x).2
⊢ ↑(G.edgeDensity (↑x).1 (↑x).2) ^ 2 - ε ^ 5 / 25 + 0 ≤
    (∑ i ∈ (chunk hP G ε ⋯).parts ×ˢ (chunk hP G ε ⋯).parts, ↑(G.edgeDensity i.1 i.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts

Tactic:
rw [add_zero]

Result:
case pos
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
inst✝ : Nonempty α
x : { i // i ∈ P.parts.offDiag }
hε₁ : ε ≤ 1
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
h : G.IsUniform ε (↑x).1 (↑x).2
⊢ ↑(G.edgeDensity (↑x).1 (↑x).2) ^ 2 - ε ^ 5 / 25 ≤
    (∑ i ∈ (chunk hP G ε ⋯).parts ×ˢ (chunk hP G ε ⋯).parts, ↑(G.edgeDensity i.1 i.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts

Proof state:
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
inst✝ : Nonempty α
x : { i // i ∈ P.parts.offDiag }
hε₁ : ε ≤ 1
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
⊢ (↑(G.edgeDensity (↑x).1 (↑x).2) ^ 2 - ε ^ 5 / 25 + if G.IsUniform ε (↑x).1 (↑x).2 then 0 else ε ^ 4 / 3) ≤
    (∑ i ∈ (chunk hP G ε ⋯).parts ×ˢ (chunk hP G ε ⋯).parts, ↑(G.edgeDensity i.1 i.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts

Tactic:
split_ifs with h

Result:
case pos
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
inst✝ : Nonempty α
x : { i // i ∈ P.parts.offDiag }
hε₁ : ε ≤ 1
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
h : G.IsUniform ε (↑x).1 (↑x).2
⊢ ↑(G.edgeDensity (↑x).1 (↑x).2) ^ 2 - ε ^ 5 / 25 + 0 ≤
    (∑ i ∈ (chunk hP G ε ⋯).parts ×ˢ (chunk hP G ε ⋯).parts, ↑(G.edgeDensity i.1 i.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts

case neg
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
inst✝ : Nonempty α
x : { i // i ∈ P.parts.offDiag }
hε₁ : ε ≤ 1
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
h : ¬G.IsUniform ε (↑x).1 (↑x).2
⊢ ↑(G.edgeDensity (↑x).1 (↑x).2) ^ 2 - ε ^ 5 / 25 + ε ^ 4 / 3 ≤
    (∑ i ∈ (chunk hP G ε ⋯).parts ×ˢ (chunk hP G ε ⋯).parts, ↑(G.edgeDensity i.1 i.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts

Proof state:
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
inst✝ : Nonempty α
x : { i // i ∈ P.parts.offDiag }
hε₁ : ε ≤ 1
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
⊢ ↑(G.edgeDensity (↑x).1 (↑x).2) ^ 2 + ((if G.IsUniform ε (↑x).1 (↑x).2 then 0 else ε ^ 4 / 3) - ε ^ 5 / 25) ≤
    (∑ i ∈ SzemerediRegularity.distinctPairs hP G ε x, ↑(G.edgeDensity i.1 i.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts

Tactic:
rw [distinctPairs, ← add_sub_assoc, add_sub_right_comm]

Result:
α : Type u_1
inst✝³ : Fintype α
inst✝² : DecidableEq α
P : Finpartition univ
hP : P.IsEquipartition
G : SimpleGraph α
inst✝¹ : DecidableRel G.Adj
ε : ℝ
inst✝ : Nonempty α
x : { i // i ∈ P.parts.offDiag }
hε₁ : ε ≤ 1
hPα : #P.parts * 16 ^ #P.parts ≤ Fintype.card α
hPε : 100 ≤ 4 ^ #P.parts * ε ^ 5
⊢ (↑(G.edgeDensity (↑x).1 (↑x).2) ^ 2 - ε ^ 5 / 25 + if G.IsUniform ε (↑x).1 (↑x).2 then 0 else ε ^ 4 / 3) ≤
    (∑ i ∈ (chunk hP G ε ⋯).parts ×ˢ (chunk hP G ε ⋯).parts, ↑(G.edgeDensity i.1 i.2) ^ 2) / 16 ^ #P.parts