-- Mathlib/Combinatorics/SetFamily/FourFunctions.lean
/-- The `n = 1` case of the Ahlswede-Daykin inequality. Note that we can't just expand everything
out and bound termwise since `c₀ * d₁` appears twice on the RHS of the assumptions while `c₁ * d₀`
does not appear. -/
private lemma ineq [ExistsAddOfLE β] {a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β}
    (ha₀ : 0 ≤ a₀) (ha₁ : 0 ≤ a₁) (hb₀ : 0 ≤ b₀) (hb₁ : 0 ≤ b₁)
    (hc₀ : 0 ≤ c₀) (hc₁ : 0 ≤ c₁) (hd₀ : 0 ≤ d₀) (hd₁ : 0 ≤ d₁)
    (h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀) (h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁)
    (h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁) (h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁) :
    (a₀ + a₁) * (b₀ + b₁) ≤ (c₀ + c₁) * (d₀ + d₁)

Proof state:
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
hcd : 0 < c₀ * d₁
⊢ 0 ≤ c₀ * d₀

Tactic:
positivity

Result:
no goals

Proof state:
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
⊢ c₀ * d₀ + (c₀ * d₁ + c₁ * d₀) + c₁ * d₁ = (c₀ + c₁) * (d₀ + d₁)

Tactic:
ring

Result:
no goals

Proof state:
case inr
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
hcd : 0 < c₀ * d₁
⊢ a₀ * b₁ + a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁ + c₁ * d₀

Tactic:
refine le_of_mul_le_mul_right ?_ hcd

Result:
case inr
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
hcd : 0 < c₀ * d₁
⊢ (a₀ * b₁ + a₁ * b₀) * (c₀ * d₁) ≤ (c₀ * d₁ + c₁ * d₀) * (c₀ * d₁)

Proof state:
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
⊢ a₀ * b₁ + a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁ + c₁ * d₀

Tactic:
obtain hcd | hcd := (mul_nonneg hc₀ hd₁).eq_or_gt

Result:
case inl
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
hcd : c₀ * d₁ = 0
⊢ a₀ * b₁ + a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁ + c₁ * d₀

case inr
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
hcd : 0 < c₀ * d₁
⊢ a₀ * b₁ + a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁ + c₁ * d₀

Proof state:
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
hcd : 0 < c₀ * d₁
⊢ 0 ≤ a₁ * b₁

Tactic:
positivity

Result:
no goals

Proof state:
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
hcd : 0 < c₀ * d₁
⊢ c₀ * d₀ * (c₁ * d₁) + c₀ * d₁ * (c₀ * d₁) = (c₀ * d₁ + c₁ * d₀) * (c₀ * d₁)

Tactic:
ring

Result:
no goals

Proof state:
case inr
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
hcd : 0 < c₀ * d₁
⊢ (a₀ * b₁ + a₁ * b₀) * (c₀ * d₁) ≤ (c₀ * d₁ + c₁ * d₀) * (c₀ * d₁)

Tactic:
calc (a₀ * b₁ + a₁ * b₀) * (c₀ * d₁)
    = a₀ * b₁ * (c₀ * d₁) + c₀ * d₁ * (a₁ * b₀) := by ring
  _ ≤ a₀ * b₁ * (a₁ * b₀) + c₀ * d₁ * (c₀ * d₁) := mul_add_mul_le_mul_add_mul h₀₁ h₁₀
  _ = a₀ * b₀ * (a₁ * b₁) + c₀ * d₁ * (c₀ * d₁) := by ring
  _ ≤ c₀ * d₀ * (c₁ * d₁) + c₀ * d₁ * (c₀ * d₁) :=
      add_le_add_right (mul_le_mul h₀₀ h₁₁ (by positivity) <| by positivity) _
  _ = (c₀ * d₁ + c₁ * d₀) * (c₀ * d₁) := by ring

Result:
no goals

Proof state:
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
hcd : 0 < c₀ * d₁
⊢ (a₀ * b₁ + a₁ * b₀) * (c₀ * d₁) = a₀ * b₁ * (c₀ * d₁) + c₀ * d₁ * (a₁ * b₀)

Tactic:
ring

Result:
no goals

Proof state:
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
⊢ (a₀ + a₁) * (b₀ + b₁) = a₀ * b₀ + (a₀ * b₁ + a₁ * b₀) + a₁ * b₁

Tactic:
ring

Result:
no goals

Proof state:
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
⊢ (a₀ + a₁) * (b₀ + b₁) ≤ (c₀ + c₁) * (d₀ + d₁)

Tactic:
calc
  _ = a₀ * b₀ + (a₀ * b₁ + a₁ * b₀) + a₁ * b₁ := by ring
  _ ≤ c₀ * d₀ + (c₀ * d₁ + c₁ * d₀) + c₁ * d₁ := add_le_add_three h₀₀ ?_ h₁₁
  _ = (c₀ + c₁) * (d₀ + d₁) := by ring

Result:
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
⊢ a₀ * b₁ + a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁ + c₁ * d₀

Proof state:
case inl
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ c₀ * d₁
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
hcd : c₀ * d₁ = 0
⊢ a₀ * b₁ + a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁ + c₁ * d₀

Tactic:
rw [hcd] at h₀₁ h₁₀

Result:
case inl
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrderedCommSemiring β
inst✝ : ExistsAddOfLE β
a₀ a₁ b₀ b₁ c₀ c₁ d₀ d₁ : β
ha₀ : 0 ≤ a₀
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₀ : 0 ≤ b₀
hb₁ : 0 ≤ b₁
hc₀ : 0 ≤ c₀
hc₁ : 0 ≤ c₁
hd₀ : 0 ≤ d₀
hd₁ : 0 ≤ d₁
h₀₀ : a₀ * b₀ ≤ c₀ * d₀
h₁₀ : a₁ * b₀ ≤ 0
h₀₁ : a₀ * b₁ ≤ 0
h₁₁ : a₁ * b₁ ≤ c₁ * d₁
hcd : c₀ * d₁ = 0
⊢ a₀ * b₁ + a₁ * b₀ ≤ c₀ * d₁ + c₁ * d₀