-- Mathlib/MeasureTheory/Integral/IntegralEqImproper.lean
theorem tendsto_limUnder_of_hasDerivAt_of_integrableOn_Ioi [CompleteSpace E]
    (hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x) (f'int : IntegrableOn f' (Ioi a)) :
    Tendsto f atTop (𝓝 (limUnder atTop f))

Proof state:
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
L : Tendsto (fun n => ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖) atTop (𝓝 (∫ (x : ℝ) in ⋂ n, Ici ↑n, ‖f' x‖))
x : ℝ
⊢ x ∉ ⋂ n, Ici ↑n

Tactic:
simpa only [mem_iInter, mem_Ici, not_forall, not_le] using exists_nat_gt x

Result:
no goals

Proof state:
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
⊢ ∃ a, Tendsto f atTop (𝓝 a)

Tactic:
suffices CauchySeq f from cauchySeq_tendsto_of_complete this

Result:
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
⊢ CauchySeq f

Proof state:
case hfi.intro
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
n : ℕ
hn : a < ↑n
⊢ ∃ i, IntegrableOn (fun x => ‖f' x‖) (Ici ↑i) volume

Tactic:
exact ⟨n, IntegrableOn.mono_set f'int.norm (Ici_subset_Ioi.2 hn)⟩

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
A : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖ < ε
B : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, a < ↑n
N : ℕ
hN : ∫ (x : ℝ) in Ici ↑N, ‖f' x‖ < ε
h'N : a < ↑N
⊢ ∃ N, ∀ n ≥ N, dist (f n) (f N) < ε

Tactic:
refine ⟨N, fun x hx ↦ ?_⟩

Result:
case intro.intro
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
A : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖ < ε
B : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, a < ↑n
N : ℕ
hN : ∫ (x : ℝ) in Ici ↑N, ‖f' x‖ < ε
h'N : a < ↑N
x : ℝ
hx : x ≥ ↑N
⊢ dist (f x) (f ↑N) < ε

Proof state:
case hst
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
A : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖ < ε
B : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, a < ↑n
N : ℕ
hN : ∫ (x : ℝ) in Ici ↑N, ‖f' x‖ < ε
h'N : a < ↑N
x : ℝ
hx : x ≥ ↑N
⊢ Ioc (↑N) x ≤ᶠ[ae volume] Ici ↑N

Tactic:
have : Ioc (↑N) x ⊆ Ici ↑N := Ioc_subset_Ioi_self.trans Ioi_subset_Ici_self

Result:
case hst
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
A : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖ < ε
B : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, a < ↑n
N : ℕ
hN : ∫ (x : ℝ) in Ici ↑N, ‖f' x‖ < ε
h'N : a < ↑N
x : ℝ
hx : x ≥ ↑N
this : Ioc (↑N) x ⊆ Ici ↑N
⊢ Ioc (↑N) x ≤ᶠ[ae volume] Ici ↑N

Proof state:
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
L : Tendsto (fun n => ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖) atTop (𝓝 (∫ (x : ℝ) in ⋂ n, Ici ↑n, ‖f' x‖))
⊢ ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖ < ε

Tactic:
have B : ⋂ (n : ℕ), Ici (n : ℝ) = ∅ := by
  apply eq_empty_of_forall_not_mem (fun x ↦ ?_)
  simpa only [mem_iInter, mem_Ici, not_forall, not_le] using exists_nat_gt x

Result:
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
L : Tendsto (fun n => ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖) atTop (𝓝 (∫ (x : ℝ) in ⋂ n, Ici ↑n, ‖f' x‖))
B : ⋂ n, Ici ↑n = ∅
⊢ ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖ < ε

Proof state:
case hfi
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
⊢ ∃ i, IntegrableOn (fun x => ‖f' x‖) (Ici ↑i) volume

Tactic:
rcases exists_nat_gt a with ⟨n, hn⟩

Result:
case hfi.intro
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
n : ℕ
hn : a < ↑n
⊢ ∃ i, IntegrableOn (fun x => ‖f' x‖) (Ici ↑i) volume

Proof state:
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
A : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖ < ε
⊢ ∃ N, ∀ n ≥ N, dist (f n) (f N) < ε

Tactic:
have B : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, a < n := by
  rcases exists_nat_gt a with ⟨n, hn⟩
  filter_upwards [Ioi_mem_atTop n] with m (hm : n < m) using hn.trans (Nat.cast_lt.mpr hm)

Result:
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
A : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖ < ε
B : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, a < ↑n
⊢ ∃ N, ∀ n ≥ N, dist (f n) (f N) < ε

Proof state:
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
A : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖ < ε
B : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, a < ↑n
N : ℕ
hN : ∫ (x : ℝ) in Ici ↑N, ‖f' x‖ < ε
h'N : a < ↑N
x : ℝ
hx : x ≥ ↑N
⊢ ∫ (t : ℝ) in Ioc (↑N) x, ‖f' t‖ ≤ ∫ (t : ℝ) in Ici ↑N, ‖f' t‖

Tactic:
apply setIntegral_mono_set

Result:
case hfi
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
A : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖ < ε
B : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, a < ↑n
N : ℕ
hN : ∫ (x : ℝ) in Ici ↑N, ‖f' x‖ < ε
h'N : a < ↑N
x : ℝ
hx : x ≥ ↑N
⊢ IntegrableOn (fun x => ‖f' x‖) (Ici ↑N) volume

case hf
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
A : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖ < ε
B : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, a < ↑n
N : ℕ
hN : ∫ (x : ℝ) in Ici ↑N, ‖f' x‖ < ε
h'N : a < ↑N
x : ℝ
hx : x ≥ ↑N
⊢ 0 ≤ᶠ[ae (volume.restrict (Ici ↑N))] fun x => ‖f' x‖

case hst
E : Type u_1
f f' : ℝ → E
a : ℝ
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : NormedSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
hderiv : ∀ x ∈ Ioi a, HasDerivAt f (f' x) x
f'int : IntegrableOn f' (Ioi a) volume
ε : ℝ
εpos : ε > 0
A : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, ∫ (x : ℝ) in Ici ↑n, ‖f' x‖ < ε
B : ∀ᶠ (n : ℕ) in atTop, a < ↑n
N : ℕ
hN : ∫ (x : ℝ) in Ici ↑N, ‖f' x‖ < ε
h'N : a < ↑N
x : ℝ
hx : x ≥ ↑N
⊢ Ioc (↑N) x ≤ᶠ[ae volume] Ici ↑N