-- Mathlib/Computability/AkraBazzi/GrowsPolynomially.lean
lemma GrowsPolynomially.add_isLittleO {f g : ℝ → ℝ} (hf : GrowsPolynomially f)
    (hfg : g =o[atTop] f) : GrowsPolynomially fun x => f x + g x

Proof state:
f g : ℝ → ℝ
hf✝ : GrowsPolynomially f
b : ℝ
hb : b ∈ Set.Ioo 0 1
hb_ub : b < 1
hf' : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, f x ≤ 0
c₁ : ℝ
hc₁_mem : 0 < c₁
c₂ : ℝ
hc₂_mem : 0 < c₂
hf : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * ‖f x‖
x : ℝ
hf₁ : ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg' : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → ‖g y‖ ≤ 1 / 2 * ‖f y‖
hf₂ : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → f y ≤ 0
hx_nonneg : 0 ≤ x
hbx : b * x ≤ x
hfg₂ : ‖g x‖ ≤ -1 / 2 * f x
hx_ub : f x + g x ≤ 1 / 2 * f x
hx_lb : 3 / 2 * f x ≤ f x + g x
u : ℝ
hu_lb : b * x ≤ u
hu_ub : u ≤ x
hfu_nonpos : f u ≤ 0
hfg₃ : ‖g u‖ ≤ -1 / 2 * f u
⊢ 3 * c₁ * (1 / 2 * f x) ≥ 3 * c₁ * (f x + g x)

Tactic:
gcongr

Result:
no goals

Proof state:
case bc
f g : ℝ → ℝ
hf✝ : GrowsPolynomially f
b : ℝ
hb : b ∈ Set.Ioo 0 1
hb_ub : b < 1
hf' : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, 0 ≤ f x
c₁ : ℝ
hc₁_mem : 0 < c₁
c₂ : ℝ
hc₂_mem : 0 < c₂
hf : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * ‖f x‖
x : ℝ
hf₁ : ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg' : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → ‖g y‖ ≤ 1 / 2 * ‖f y‖
hf₂ : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → 0 ≤ f y
hx_nonneg : 0 ≤ x
hbx : b * x ≤ x
hfg₂ : ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * f x
hx_ub : f x + g x ≤ 3 / 2 * f x
⊢ -|g x| ≤ g x

Tactic:
exact neg_abs_le (g x)

Result:
no goals

Proof state:
f g : ℝ → ℝ
hf✝ : GrowsPolynomially f
b : ℝ
hb : b ∈ Set.Ioo 0 1
hb_ub : b < 1
hf' : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, 0 ≤ f x
c₁ : ℝ
hc₁_mem : 0 < c₁
c₂ : ℝ
hc₂_mem : 0 < c₂
hf : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * ‖f x‖
x : ℝ
hf₁ : ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg' : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → ‖g y‖ ≤ 1 / 2 * ‖f y‖
hf₂ : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → 0 ≤ f y
hx_nonneg : 0 ≤ x
hbx : b * x ≤ x
hfg₂ : ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * f x
hx_ub : f x + g x ≤ 3 / 2 * f x
⊢ f x - ‖g x‖ ≥ f x - 1 / 2 * f x

Tactic:
gcongr

Result:
no goals

Proof state:
f g : ℝ → ℝ
hf✝ : GrowsPolynomially f
b : ℝ
hb : b ∈ Set.Ioo 0 1
hb_ub : b < 1
hf' : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, 0 ≤ f x
c₁ : ℝ
hc₁_mem : 0 < c₁
c₂ : ℝ
hc₂_mem : 0 < c₂
hf : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * ‖f x‖
x : ℝ
hf₁ : ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg' : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → ‖g y‖ ≤ 1 / 2 * ‖f y‖
hf₂ : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → 0 ≤ f y
hx_nonneg : 0 ≤ x
hbx : b * x ≤ x
hfg₂ : ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * f x
hx_ub : f x + g x ≤ 3 / 2 * f x
hx_lb : 1 / 2 * f x ≤ f x + g x
u : ℝ
hu_lb : b * x ≤ u
hu_ub : u ≤ x
hfu_nonneg : 0 ≤ f u
hfg₃ : ‖g u‖ ≤ 1 / 2 * f u
⊢ 1 / 2 * (c₁ * f x) = c₁ / 3 * (3 / 2 * f x)

Tactic:
ring

Result:
no goals

Proof state:
case e_a
f g : ℝ → ℝ
hf✝ : GrowsPolynomially f
b : ℝ
hb : b ∈ Set.Ioo 0 1
hb_ub : b < 1
hf' : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, f x ≤ 0
c₁ : ℝ
hc₁_mem : 0 < c₁
c₂ : ℝ
hc₂_mem : 0 < c₂
hf : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * ‖f x‖
x : ℝ
hf₁ : ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg' : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → ‖g y‖ ≤ 1 / 2 * ‖f y‖
hf₂ : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → f y ≤ 0
hx_nonneg : 0 ≤ x
hbx : b * x ≤ x
⊢ ‖f x‖ = -f x

Tactic:
exact norm_of_nonpos (hf₂ x hbx)

Result:
no goals

Proof state:
case bc
f g : ℝ → ℝ
hf✝ : GrowsPolynomially f
b : ℝ
hb : b ∈ Set.Ioo 0 1
hb_ub : b < 1
hf' : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, f x ≤ 0
c₁ : ℝ
hc₁_mem : 0 < c₁
c₂ : ℝ
hc₂_mem : 0 < c₂
hf : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * ‖f x‖
x : ℝ
hf₁ : ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg' : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → ‖g y‖ ≤ 1 / 2 * ‖f y‖
hf₂ : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → f y ≤ 0
hx_nonneg : 0 ≤ x
hbx : b * x ≤ x
hfg₂ : ‖g x‖ ≤ -1 / 2 * f x
⊢ g x ≤ ‖g x‖

Tactic:
exact le_norm_self (g x)

Result:
no goals

Proof state:
case bc.a
f g : ℝ → ℝ
hf✝ : GrowsPolynomially f
b : ℝ
hb : b ∈ Set.Ioo 0 1
hb_ub : b < 1
hf' : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, f x ≤ 0
c₁ : ℝ
hc₁_mem : 0 < c₁
c₂ : ℝ
hc₂_mem : 0 < c₂
hf : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * ‖f x‖
x : ℝ
hf₁ : ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg' : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → ‖g y‖ ≤ 1 / 2 * ‖f y‖
hf₂ : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → f y ≤ 0
hx_nonneg : 0 ≤ x
hbx : b * x ≤ x
hfg₂ : ‖g x‖ ≤ -1 / 2 * f x
hx_ub : f x + g x ≤ 1 / 2 * f x
⊢ - -‖g x‖ ≤ -(1 / 2 * f x)

Tactic:
rwa [neg_neg, ← neg_mul, ← neg_div]

Result:
no goals

Proof state:
case h
f g : ℝ → ℝ
hf✝ : GrowsPolynomially f
b : ℝ
hb : b ∈ Set.Ioo 0 1
hb_ub : b < 1
hf' : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, 0 ≤ f x
c₁ : ℝ
hc₁_mem : 0 < c₁
c₂ : ℝ
hc₂_mem : 0 < c₂
hf : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * ‖f x‖
x : ℝ
hf₁ : ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg' : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → ‖g y‖ ≤ 1 / 2 * ‖f y‖
hf₂ : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → 0 ≤ f y
hx_nonneg : 0 ≤ x
hbx : b * x ≤ x
hfg₂ : ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * f x
⊢ ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u + g u ∈ Set.Icc (c₁ / 3 * (f x + g x)) (3 * c₂ * (f x + g x))

Tactic:
have hx_ub : f x + g x ≤ 3/2 * f x := by
  calc _ ≤ f x + ‖g x‖ := by gcongr; exact le_norm_self (g x)
       _ ≤ f x + 1/2 * f x := by gcongr
       _ = 3/2 * f x := by ring

Result:
case h
f g : ℝ → ℝ
hf✝ : GrowsPolynomially f
b : ℝ
hb : b ∈ Set.Ioo 0 1
hb_ub : b < 1
hf' : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, 0 ≤ f x
c₁ : ℝ
hc₁_mem : 0 < c₁
c₂ : ℝ
hc₂_mem : 0 < c₂
hf : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * ‖f x‖
x : ℝ
hf₁ : ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg' : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → ‖g y‖ ≤ 1 / 2 * ‖f y‖
hf₂ : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → 0 ≤ f y
hx_nonneg : 0 ≤ x
hbx : b * x ≤ x
hfg₂ : ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * f x
hx_ub : f x + g x ≤ 3 / 2 * f x
⊢ ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u + g u ∈ Set.Icc (c₁ / 3 * (f x + g x)) (3 * c₂ * (f x + g x))

Proof state:
case h
f g : ℝ → ℝ
hf✝ : GrowsPolynomially f
b : ℝ
hb : b ∈ Set.Ioo 0 1
hb_ub : b < 1
hf' : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, 0 ≤ f x
c₁ : ℝ
hc₁_mem : 0 < c₁
c₂ : ℝ
hc₂_mem : 0 < c₂
hf : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * ‖f x‖
x : ℝ
hf₁ : ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg' : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → ‖g y‖ ≤ 1 / 2 * ‖f y‖
hf₂ : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → 0 ≤ f y
hx_nonneg : 0 ≤ x
hbx : b * x ≤ x
hfg₂ : ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * f x
hx_ub : f x + g x ≤ 3 / 2 * f x
hx_lb : 1 / 2 * f x ≤ f x + g x
⊢ ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u + g u ∈ Set.Icc (c₁ / 3 * (f x + g x)) (3 * c₂ * (f x + g x))

Tactic:
intro u ⟨hu_lb, hu_ub⟩

Result:
case h
f g : ℝ → ℝ
hf✝ : GrowsPolynomially f
b : ℝ
hb : b ∈ Set.Ioo 0 1
hb_ub : b < 1
hf' : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, 0 ≤ f x
c₁ : ℝ
hc₁_mem : 0 < c₁
c₂ : ℝ
hc₂_mem : 0 < c₂
hf : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg : ∀ᶠ (x : ℝ) in atTop, ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * ‖f x‖
x : ℝ
hf₁ : ∀ u ∈ Set.Icc (b * x) x, f u ∈ Set.Icc (c₁ * f x) (c₂ * f x)
hfg' : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → ‖g y‖ ≤ 1 / 2 * ‖f y‖
hf₂ : ∀ (y : ℝ), b * id x ≤ y → 0 ≤ f y
hx_nonneg : 0 ≤ x
hbx : b * x ≤ x
hfg₂ : ‖g x‖ ≤ 1 / 2 * f x
hx_ub : f x + g x ≤ 3 / 2 * f x
hx_lb : 1 / 2 * f x ≤ f x + g x
u : ℝ
hu_lb : b * x ≤ u
hu_ub : u ≤ x
⊢ f u + g u ∈ Set.Icc (c₁ / 3 * (f x + g x)) (3 * c₂ * (f x + g x))