-- Mathlib/MeasureTheory/Integral/PeakFunction.lean
theorem tendsto_integral_comp_smul_smul_of_integrable
    {φ : F → ℝ} (hφ : ∀ x, 0 ≤ φ x) (h'φ : ∫ x, φ x ∂μ = 1)
    (h : Tendsto (fun x ↦ ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x) (cobounded F) (𝓝 0))
    {g : F → E} (hg : Integrable g μ) (h'g : ContinuousAt g 0) :
    Tendsto (fun (c : ℝ) ↦ ∫ x, (c ^ (finrank ℝ F) * φ (c • x)) • g x ∂μ) atTop (𝓝 (g 0))

Proof state:
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁶ : CompleteSpace E
F : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ F
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ F
inst✝² : MeasurableSpace F
inst✝¹ : BorelSpace F
μ : Measure F
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
φ : F → ℝ
hφ : ∀ (x : F), 0 ≤ φ x
h'φ : ∫ (x : F), φ x ∂μ = 1
h : Tendsto (fun x => ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x) (cobounded F) (𝓝 0)
g : F → E
hg : Integrable g μ
h'g : ContinuousAt g 0
I : Integrable φ μ
u : Set F
u_open : IsOpen u
hu : 0 ∈ u
ε : ℝ
εpos : ε > 0
δ : ℝ
δpos : δ > 0
h'u : ball 0 δ ⊆ u
M : ℝ
Mpos : M > 0
hM : ∀ ⦃x : F⦄, x ∈ (closedBall 0 M)ᶜ → ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x < δ ^ finrank ℝ F * ε
c : ℝ
hc : M / δ < c
x : F
hx : x ∈ uᶜ
cpos : 0 < c
this : x ∈ (ball 0 δ)ᶜ
⊢ δ ≤ ‖x‖

Tactic:
simpa only [mem_compl_iff, mem_ball, dist_zero_right, not_lt]

Result:
no goals

Proof state:
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁶ : CompleteSpace E
F : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ F
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ F
inst✝² : MeasurableSpace F
inst✝¹ : BorelSpace F
μ : Measure F
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
φ : F → ℝ
hφ : ∀ (x : F), 0 ≤ φ x
h'φ : ∫ (x : F), φ x ∂μ = 1
h : Tendsto (fun x => ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x) (cobounded F) (𝓝 0)
g : F → E
hg : Integrable g μ
h'g : ContinuousAt g 0
I : Integrable φ μ
⊢ Tendsto (fun c => ∫ (x : F) in closedBall 0 c, φ x ∂μ) atTop (𝓝 1)

Tactic:
rw [← h'φ]

Result:
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁶ : CompleteSpace E
F : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ F
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ F
inst✝² : MeasurableSpace F
inst✝¹ : BorelSpace F
μ : Measure F
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
φ : F → ℝ
hφ : ∀ (x : F), 0 ≤ φ x
h'φ : ∫ (x : F), φ x ∂μ = 1
h : Tendsto (fun x => ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x) (cobounded F) (𝓝 0)
g : F → E
hg : Integrable g μ
h'g : ContinuousAt g 0
I : Integrable φ μ
⊢ Tendsto (fun c => ∫ (x : F) in closedBall 0 c, φ x ∂μ) atTop (𝓝 (∫ (x : F), φ x ∂μ))

Proof state:
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁶ : CompleteSpace E
F : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ F
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ F
inst✝² : MeasurableSpace F
inst✝¹ : BorelSpace F
μ : Measure F
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
φ : F → ℝ
hφ : ∀ (x : F), 0 ≤ φ x
h'φ : ∫ (x : F), φ x ∂μ = 1
h : Tendsto (fun x => ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x) (cobounded F) (𝓝 0)
g : F → E
hg : Integrable g μ
h'g : ContinuousAt g 0
I : Integrable φ μ
u : Set F
u_open : IsOpen u
hu : 0 ∈ u
ε : ℝ
εpos : ε > 0
δ : ℝ
δpos : δ > 0
h'u : ball 0 δ ⊆ u
M : ℝ
Mpos : M > 0
hM : ∀ ⦃x : F⦄, x ∈ (closedBall 0 M)ᶜ → ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x < δ ^ finrank ℝ F * ε
c : ℝ
hc : M < c * δ
x : F
hx : x ∈ uᶜ
cpos : 0 < c
hδx : δ ≤ ‖x‖
⊢ c * δ ≤ c * ‖x‖

Tactic:
gcongr

Result:
no goals

Proof state:
case hcg
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁶ : CompleteSpace E
F : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ F
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ F
inst✝² : MeasurableSpace F
inst✝¹ : BorelSpace F
μ : Measure F
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
φ : F → ℝ
hφ : ∀ (x : F), 0 ≤ φ x
h'φ : ∫ (x : F), φ x ∂μ = 1
h : Tendsto (fun x => ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x) (cobounded F) (𝓝 0)
g : F → E
hg : Integrable g μ
h'g : ContinuousAt g 0
I : Integrable φ μ
⊢ Tendsto g (𝓝 0) (𝓝 (g 0))

Tactic:
exact h'g

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁶ : CompleteSpace E
F : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ F
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ F
inst✝² : MeasurableSpace F
inst✝¹ : BorelSpace F
μ : Measure F
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
φ : F → ℝ
hφ : ∀ (x : F), 0 ≤ φ x
h'φ : ∫ (x : F), φ x ∂μ = 1
h : Tendsto (fun x => ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x) (cobounded F) (𝓝 0)
g : F → E
hg : Integrable g μ
h'g : ContinuousAt g 0
I : Integrable φ μ
u : Set F
u_open : IsOpen u
hu : 0 ∈ u
ε : ℝ
εpos : ε > 0
δ : ℝ
δpos : δ > 0
h'u : ball 0 δ ⊆ u
⊢ ∀ᶠ (n : ℝ) in atTop, ∀ x ∈ uᶜ, dist (0 x) (n ^ finrank ℝ F * φ (n • x)) < ε

Tactic:
obtain ⟨M, Mpos, hM⟩ : ∃ M > 0, ∀ ⦃x : F⦄, x ∈ (closedBall 0 M)ᶜ →
    ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x < δ ^ finrank ℝ F * ε := by
  rcases (hasBasis_cobounded_compl_closedBall (0 : F)).eventually_iff.1
    ((tendsto_order.1 h).2 (δ ^ finrank ℝ F * ε) (by positivity)) with ⟨M, -, hM⟩
  refine ⟨max M 1, zero_lt_one.trans_le (le_max_right _ _), fun x hx ↦ hM ?_⟩
  simp only [mem_compl_iff, mem_closedBall, dist_zero_right, le_max_iff, not_or, not_le] at hx
  simpa using hx.1

Result:
case intro.intro.intro.intro
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁶ : CompleteSpace E
F : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ F
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ F
inst✝² : MeasurableSpace F
inst✝¹ : BorelSpace F
μ : Measure F
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
φ : F → ℝ
hφ : ∀ (x : F), 0 ≤ φ x
h'φ : ∫ (x : F), φ x ∂μ = 1
h : Tendsto (fun x => ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x) (cobounded F) (𝓝 0)
g : F → E
hg : Integrable g μ
h'g : ContinuousAt g 0
I : Integrable φ μ
u : Set F
u_open : IsOpen u
hu : 0 ∈ u
ε : ℝ
εpos : ε > 0
δ : ℝ
δpos : δ > 0
h'u : ball 0 δ ⊆ u
M : ℝ
Mpos : M > 0
hM : ∀ ⦃x : F⦄, x ∈ (closedBall 0 M)ᶜ → ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x < δ ^ finrank ℝ F * ε
⊢ ∀ᶠ (n : ℝ) in atTop, ∀ x ∈ uᶜ, dist (0 x) (n ^ finrank ℝ F * φ (n • x)) < ε

Proof state:
case h
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁶ : CompleteSpace E
F : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ F
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ F
inst✝² : MeasurableSpace F
inst✝¹ : BorelSpace F
μ : Measure F
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
φ : F → ℝ
hφ : ∀ (x : F), 0 ≤ φ x
h'φ : ∫ (x : F), φ x ∂μ = 1
h : Tendsto (fun x => ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x) (cobounded F) (𝓝 0)
g : F → E
hg : Integrable g μ
h'g : ContinuousAt g 0
I : Integrable φ μ
this : Tendsto (fun c => ∫ (x : F) in closedBall 0 c, φ x ∂μ) atTop (𝓝 1)
c : ℝ
hc : 0 < c
⊢ ∫ (x : F) in closedBall 0 c, φ x ∂μ = ∫ (x : F) in closedBall 0 1, c ^ finrank ℝ F * φ (c • x) ∂μ

Tactic:
rw [integral_mul_left, setIntegral_comp_smul_of_pos _ _ _ hc, smul_eq_mul, ← mul_assoc,
  mul_inv_cancel₀ (by positivity), _root_.smul_closedBall _ _ zero_le_one]

Result:
case h
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁶ : CompleteSpace E
F : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ F
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ F
inst✝² : MeasurableSpace F
inst✝¹ : BorelSpace F
μ : Measure F
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
φ : F → ℝ
hφ : ∀ (x : F), 0 ≤ φ x
h'φ : ∫ (x : F), φ x ∂μ = 1
h : Tendsto (fun x => ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x) (cobounded F) (𝓝 0)
g : F → E
hg : Integrable g μ
h'g : ContinuousAt g 0
I : Integrable φ μ
this : Tendsto (fun c => ∫ (x : F) in closedBall 0 c, φ x ∂μ) atTop (𝓝 1)
c : ℝ
hc : 0 < c
⊢ ∫ (x : F) in closedBall 0 c, φ x ∂μ = 1 * ∫ (x : F) in closedBall (c • 0) (‖c‖ * 1), φ x ∂μ