-- Mathlib/Combinatorics/Additive/VerySmallDoubling.lean
private lemma subgroup_strong_bound_right (h : #(A * A) < (3 / 2 : ℚ) * #A) (a : G) (ha : a ∈ A) :
    a • op a • (A⁻¹ * A) ⊆ A * A

Proof state:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝² : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝¹ : #l = #A
this✝ : #r = #A
this : #(l ∪ r) < 2 * #A
⊢ (l ∩ r).Nonempty

Tactic:
rw [← card_pos]

Result:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝² : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝¹ : #l = #A
this✝ : #r = #A
this : #(l ∪ r) < 2 * #A
⊢ 0 < #(l ∩ r)

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
⊢ z ∈ A * A

Tactic:
have hl : l = A := by
  rw [inter_eq_left, ← this, subset_smul_finset_iff]
  simp only [← hz, mul_inv_rev, inv_inv, ← mul_assoc]
  refine smul_finset_subset_mul ?_
  simp [mul_mem_mul, mem_inv, ha, hb, hc]

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
⊢ z ∈ A * A

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
⊢ z ∈ A * A

Tactic:
have lr : l ∪ r ⊆ a • (A⁻¹ * A) := by
  rw [union_subset_iff, hl]
  exact ⟨A_subset_aH a ha, inter_subset_left⟩

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
⊢ z ∈ A * A

Proof state:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z : G
hz : z ∈ a •> ((A⁻¹ * A) <• a)
⊢ z ∈ A * A

Tactic:
simp only [mem_smul_finset, smul_eq_mul_unop, unop_op, smul_eq_mul, mem_mul, mem_inv,
  exists_exists_and_eq_and, exists_and_left] at hz

Result:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z : G
hz : ∃ a_1, (∃ a ∈ A, ∃ z ∈ A, a⁻¹ * z = a_1) ∧ a * (a_1 * a) = z
⊢ z ∈ A * A

Proof state:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝¹ : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝ : #l = #A
this : #r = #A
⊢ #(a •> (A⁻¹ * A)) < 2 * #A

Tactic:
rw [card_smul_finset]

Result:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝¹ : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝ : #l = #A
this : #r = #A
⊢ #(A⁻¹ * A) < 2 * #A

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
⊢ z ∈ A * A

Tactic:
have : #l = #A := by rw [hl]

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝ : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this : #l = #A
⊢ z ∈ A * A

Proof state:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝ : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this : #l = #A
⊢ #r = #A

Tactic:
rw [hr, card_smul_finset, card_inv]

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝² : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝¹ : #l = #A
this✝ : #r = #A
this : #(l ∪ r) < 2 * #A
⊢ z ∈ A * A

Tactic:
have ⟨t, ht⟩ : (l ∩ r).Nonempty := by
  rw [← card_pos]
  linarith [card_inter_add_card_union l r]

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this✝² : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
this✝¹ : #l = #A
this✝ : #r = #A
this : #(l ∪ r) < 2 * #A
t : G
ht : t ∈ l ∩ r
⊢ z ∈ A * A

Proof state:
G : Type u_1
inst✝¹ : Group G
inst✝ : DecidableEq G
A : Finset G
h : ↑(#(A * A)) < 3 / 2 * ↑(#A)
a : G
ha : a ∈ A
z b : G
hb : b ∈ A
c : G
hc : c ∈ A
hz : a * (b⁻¹ * c * a) = z
l : Finset G := A ∩ (z * a⁻¹) •> (A⁻¹ * A)
r : Finset G := a •> (A⁻¹ * A) ∩ z •> A⁻¹
this : A⁻¹ * A * (A⁻¹ * A) = A⁻¹ * A
hl : l = A
hr : r = z •> A⁻¹
lr : l ∪ r ⊆ a •> (A⁻¹ * A)
⊢ #l = #A

Tactic:
rw [hl]

Result:
no goals