-- Mathlib/Analysis/Calculus/Rademacher.lean
theorem integral_inv_smul_sub_mul_tendsto_integral_lineDeriv_mul
    (hf : LipschitzWith C f) (hg : Integrable g μ) (v : E) :
    Tendsto (fun (t : ℝ) ↦ ∫ x, (t⁻¹ • (f (x + t • v) - f x)) * g x ∂μ) (𝓝[>] 0)
      (𝓝 (∫ x, lineDeriv ℝ f x v * g x ∂μ))

Proof state:
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
⊢ Tendsto (fun t => ∫ (x : E), t⁻¹ • (f (x + t • v) - f x) * g x ∂μ) (𝓝[>] 0)
    (𝓝 (∫ (x : E), lineDeriv ℝ f x v * g x ∂μ))

Tactic:
apply tendsto_integral_filter_of_dominated_convergence (fun x ↦ (C * ‖v‖) * ‖g x‖)

Result:
case hF_meas
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
⊢ ∀ᶠ (n : ℝ) in 𝓝[>] 0, AEStronglyMeasurable (fun a => n⁻¹ • (f (a + n • v) - f a) * g a) μ

case h_bound
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
⊢ ∀ᶠ (n : ℝ) in 𝓝[>] 0, ∀ᵐ (a : E) ∂μ, ‖n⁻¹ • (f (a + n • v) - f a) * g a‖ ≤ ↑C * ‖v‖ * ‖g a‖

case bound_integrable
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
⊢ Integrable (fun x => ↑C * ‖v‖ * ‖g x‖) μ

case h_lim
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
⊢ ∀ᵐ (a : E) ∂μ, Tendsto (fun n => n⁻¹ • (f (a + n • v) - f a) * g a) (𝓝[>] 0) (𝓝 (lineDeriv ℝ f a v * g a))

Proof state:
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
t : ℝ
⊢ AEStronglyMeasurable (fun a => t⁻¹ • (f (a + t • v) - f a)) μ

Tactic:
apply aestronglyMeasurable_const.smul

Result:
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
t : ℝ
⊢ AEStronglyMeasurable (fun x => f (x + t • v) - f x) μ

Proof state:
case bound_integrable
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
⊢ Integrable (fun x => ↑C * ‖v‖ * ‖g x‖) μ

Tactic:
exact hg.norm.const_mul _

Result:
no goals

Proof state:
case h.h
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
t : ℝ
ht : 0 < t
x : E
⊢ ‖t⁻¹ • (f (x + t • v) - f x) * g x‖ ≤ ↑C * ‖v‖ * ‖g x‖

Tactic:
calc ‖t⁻¹ • (f (x + t • v) - f x) * g x‖
  = (t⁻¹ * ‖f (x + t • v) - f x‖) * ‖g x‖ := by simp [norm_mul, ht.le]
_ ≤ (t⁻¹ * (C * ‖(x + t • v) - x‖)) * ‖g x‖ := by
  gcongr; exact LipschitzWith.norm_sub_le hf (x + t • v) x
_ = (C * ‖v‖) *‖g x‖ := by field_simp [norm_smul, abs_of_nonneg ht.le]; ring

Result:
no goals

Proof state:
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
t : ℝ
ht : 0 < t
x : E
⊢ t⁻¹ * ‖f (x + t • v) - f x‖ * ‖g x‖ ≤ t⁻¹ * (↑C * ‖x + t • v - x‖) * ‖g x‖

Tactic:
gcongr

Result:
case h.h
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
t : ℝ
ht : 0 < t
x : E
⊢ ‖f (x + t • v) - f x‖ ≤ ↑C * ‖x + t • v - x‖

Proof state:
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
t : ℝ
ht : 0 < t
x : E
⊢ ‖t⁻¹ • (f (x + t • v) - f x) * g x‖ = t⁻¹ * ‖f (x + t • v) - f x‖ * ‖g x‖

Tactic:
simp [norm_mul, ht.le]

Result:
no goals

Proof state:
case hF_meas.h
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
t : ℝ
⊢ AEStronglyMeasurable (fun a => t⁻¹ • (f (a + t • v) - f a) * g a) μ

Tactic:
apply AEStronglyMeasurable.mul ?_ hg.aestronglyMeasurable

Result:
E : Type u_1
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : NormedSpace ℝ E
inst✝³ : MeasurableSpace E
inst✝² : BorelSpace E
C : ℝ≥0
f g : E → ℝ
μ : Measure E
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
hg : Integrable g μ
v : E
t : ℝ
⊢ AEStronglyMeasurable (fun a => t⁻¹ • (f (a + t • v) - f a)) μ