-- 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:
case bc.h
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) * ∫ (t : ℝ) in Set.Ioi T, ‖S t - l * ↑t‖ * t ^ (-s - 1) ≤ ε

Tactic:
exact LSeries_tendsto_sub_mul_nhds_one_of_tendsto_sum_div_aux₂ h₀ hε hs hT₁
  fun t ht ↦ (hT t ht.le).le

Result:
no goals

Proof state:
case refine_2.h.hx
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)
t : ℝ
ht : t ∈ Set.Ioc 1 T
⊢ 1 ≤ t

Tactic:
exact ht.1.le

Result:
no goals

Proof state:
case h
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
⊢ ‖(↑s - 1) * LSeries f ↑s - ↑s * l‖ ≤ (s - 1) * s * C + s * ε

Tactic:
have h₀ : LocallyIntegrableOn (fun t ↦ S t - l * t) (Set.Ici 1) := by
  refine .sub ?_ <| ContinuousOn.locallyIntegrableOn (by fun_prop) measurableSet_Ici
  simpa using locallyIntegrableOn_mul_sum_Icc f zero_le_one (locallyIntegrableOn_const 1)

Result:
case h
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
⊢ ‖(↑s - 1) * LSeries f ↑s - ↑s * l‖ ≤ (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) * LSeries f ↑s - ↑s * l‖ =
    ‖((↑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))‖

Tactic:
rw [h₃, mul_one, mul_comm l, LSeries_eq_mul_integral _ zero_le_one (by rwa [ofReal_re])
  (hfS _ hs), neg_add', mul_assoc]

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
⊢ (fun n => ∑ k ∈ Icc 1 n, f k) =O[atTop] fun n => ↑n ^ 1

Proof state:
case h
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
⊢ ‖(↑s - 1) * LSeries f ↑s - ↑s * l‖ ≤ (s - 1) * s * C + s * ε

Tactic:
have h₂ : IntegrableOn (fun t : ℝ ↦ ‖S t - l * t‖ * (t ^ ((-1 : ℝ) - 1))) (Set.Ioc 1 T) := by
  refine ((h₀.norm.mul_continuousOn ?_ isLocallyClosed_Ici).integrableOn_compact_subset
    Set.Icc_subset_Ici_self isCompact_Icc).mono_set Set.Ioc_subset_Icc_self
  exact fun t ht ↦ (Real.continuousAt_rpow_const _ _
    <| Or.inl (zero_lt_one.trans_le ht).ne').continuousWithinAt

Result:
case h
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
⊢ ‖(↑s - 1) * LSeries f ↑s - ↑s * l‖ ≤ (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
⊢ 1 < (↑s).re

Tactic:
rwa [ofReal_re]

Result:
no goals