-- 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:
case a
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 • x ∈ (closedBall 0 M)ᶜ

Tactic:
simp only [mem_compl_iff, mem_closedBall, dist_zero_right, norm_smul, Real.norm_eq_abs,
  abs_of_nonneg cpos.le, not_le, gt_iff_lt]

Result:
case a
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‖
⊢ M < c * ‖x‖

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 : c ^ finrank ℝ F * φ (c • x) < ε
⊢ dist (0 x) (c ^ finrank ℝ F * φ (c • x)) < ε

Tactic:
simpa [abs_of_nonneg (hφ _), abs_of_nonneg cpos.le]

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
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
hδx : δ ≤ ‖x‖
this : δ ^ finrank ℝ F * (c ^ finrank ℝ F * φ (c • x)) < δ ^ finrank ℝ F * ε
⊢ c ^ finrank ℝ F * φ (c • x) < ε

Tactic:
rwa [mul_lt_mul_iff_of_pos_left (by positivity)] at this

Result:
no goals

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
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
hδx : δ ≤ ‖x‖
⊢ δ ^ finrank ℝ F * (c ^ finrank ℝ F * φ (c • x)) < δ ^ finrank ℝ F * ε

Tactic:
calc
  δ ^ finrank ℝ F * (c ^ finrank ℝ F * φ (c • x))
  _ ≤ ‖x‖ ^ finrank ℝ F * (c ^ finrank ℝ F * φ (c • x)) := by
    gcongr; exact mul_nonneg (by positivity) (hφ _)
  _ = ‖c • x‖ ^ finrank ℝ F * φ (c • x) := by
    simp [norm_smul, abs_of_pos cpos, mul_pow]; ring
  _ < δ ^ finrank ℝ F * ε := by
    apply hM
    rw [div_lt_iff₀ δpos] at hc
    simp only [mem_compl_iff, mem_closedBall, dist_zero_right, norm_smul, Real.norm_eq_abs,
      abs_of_nonneg cpos.le, not_le, gt_iff_lt]
    exact hc.trans_le (by gcongr)

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
c : ℝ
hc : 0 ≤ c
x : F
⊢ 0 ≤ c ^ finrank ℝ F

Tactic:
positivity

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
M : ℝ
hM : ∀ ⦃x : F⦄, x ∈ (closedBall 0 M)ᶜ → ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x < δ ^ finrank ℝ F * ε
⊢ ∃ M > 0, ∀ ⦃x : F⦄, x ∈ (closedBall 0 M)ᶜ → ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x < δ ^ finrank ℝ F * ε

Tactic:
refine ⟨max M 1, zero_lt_one.trans_le (le_max_right _ _), fun x hx ↦ hM ?_⟩

Result:
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
M : ℝ
hM : ∀ ⦃x : F⦄, x ∈ (closedBall 0 M)ᶜ → ‖x‖ ^ finrank ℝ F * φ x < δ ^ finrank ℝ F * ε
x : F
hx : x ∈ (closedBall 0 (M ⊔ 1))ᶜ
⊢ x ∈ (closedBall 0 M)ᶜ