-- Mathlib/Topology/EMetricSpace/BoundedVariation.lean
theorem add_point (f : α → E) {s : Set α} {x : α} (hx : x ∈ s) (u : ℕ → α) (hu : Monotone u)
    (us : ∀ i, u i ∈ s) (n : ℕ) :
    ∃ (v : ℕ → α) (m : ℕ), Monotone v ∧ (∀ i, v i ∈ s) ∧ x ∈ v '' Iio m ∧
      (∑ i ∈ Finset.range n, edist (f (u (i + 1))) (f (u i))) ≤
        ∑ j ∈ Finset.range m, edist (f (v (j + 1))) (f (v j))

Proof state:
α : Type u_1
inst✝¹ : LinearOrder α
E : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace E
f : α → E
s : Set α
x : α
hx : x ∈ s
u : ℕ → α
hu : Monotone u
us : ∀ (i : ℕ), u i ∈ s
n : ℕ
h : x < u n
exists_N : ∃ N ≤ n, x < u N
N : ℕ := Nat.find exists_N
hN : N ≤ n ∧ x < u N
w : ℕ → α := fun i => if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)
ws : ∀ (i : ℕ), w i ∈ s
i : ℕ
⊢ (if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)) ≤
    if i + 1 < N then u (i + 1) else if i + 1 = N then x else u (i + 1 - 1)

Tactic:
rcases lt_trichotomy (i + 1) N with (hi | hi | hi)

Result:
case inl
α : Type u_1
inst✝¹ : LinearOrder α
E : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace E
f : α → E
s : Set α
x : α
hx : x ∈ s
u : ℕ → α
hu : Monotone u
us : ∀ (i : ℕ), u i ∈ s
n : ℕ
h : x < u n
exists_N : ∃ N ≤ n, x < u N
N : ℕ := Nat.find exists_N
hN : N ≤ n ∧ x < u N
w : ℕ → α := fun i => if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)
ws : ∀ (i : ℕ), w i ∈ s
i : ℕ
hi : i + 1 < N
⊢ (if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)) ≤
    if i + 1 < N then u (i + 1) else if i + 1 = N then x else u (i + 1 - 1)

case inr.inl
α : Type u_1
inst✝¹ : LinearOrder α
E : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace E
f : α → E
s : Set α
x : α
hx : x ∈ s
u : ℕ → α
hu : Monotone u
us : ∀ (i : ℕ), u i ∈ s
n : ℕ
h : x < u n
exists_N : ∃ N ≤ n, x < u N
N : ℕ := Nat.find exists_N
hN : N ≤ n ∧ x < u N
w : ℕ → α := fun i => if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)
ws : ∀ (i : ℕ), w i ∈ s
i : ℕ
hi : i + 1 = N
⊢ (if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)) ≤
    if i + 1 < N then u (i + 1) else if i + 1 = N then x else u (i + 1 - 1)

case inr.inr
α : Type u_1
inst✝¹ : LinearOrder α
E : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace E
f : α → E
s : Set α
x : α
hx : x ∈ s
u : ℕ → α
hu : Monotone u
us : ∀ (i : ℕ), u i ∈ s
n : ℕ
h : x < u n
exists_N : ∃ N ≤ n, x < u N
N : ℕ := Nat.find exists_N
hN : N ≤ n ∧ x < u N
w : ℕ → α := fun i => if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)
ws : ∀ (i : ℕ), w i ∈ s
i : ℕ
hi : N < i + 1
⊢ (if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)) ≤
    if i + 1 < N then u (i + 1) else if i + 1 = N then x else u (i + 1 - 1)

Proof state:
case inl
α : Type u_1
inst✝¹ : LinearOrder α
E : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace E
f : α → E
s : Set α
x : α
hx : x ∈ s
u : ℕ → α
hu : Monotone u
us : ∀ (i : ℕ), u i ∈ s
n : ℕ
h : x < u n
exists_N : ∃ N ≤ n, x < u N
N : ℕ := Nat.find exists_N
hN : N ≤ n ∧ x < u N
w : ℕ → α := fun i => if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)
ws : ∀ (i : ℕ), w i ∈ s
i : ℕ
hi : i + 1 < N
this : i < N
⊢ (if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)) ≤
    if i + 1 < N then u (i + 1) else if i + 1 = N then x else u (i + 1 - 1)

Tactic:
simp only [hi, this, if_true]

Result:
case inl
α : Type u_1
inst✝¹ : LinearOrder α
E : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace E
f : α → E
s : Set α
x : α
hx : x ∈ s
u : ℕ → α
hu : Monotone u
us : ∀ (i : ℕ), u i ∈ s
n : ℕ
h : x < u n
exists_N : ∃ N ≤ n, x < u N
N : ℕ := Nat.find exists_N
hN : N ≤ n ∧ x < u N
w : ℕ → α := fun i => if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)
ws : ∀ (i : ℕ), w i ∈ s
i : ℕ
hi : i + 1 < N
this : i < N
⊢ u i ≤ u (i + 1)

Proof state:
case inl.refine_2
α : Type u_1
inst✝¹ : LinearOrder α
E : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace E
f : α → E
s : Set α
x : α
hx : x ∈ s
u : ℕ → α
hu : Monotone u
us : ∀ (i : ℕ), u i ∈ s
n : ℕ
h : u n ≤ x
v : ℕ → α := fun i => if i ≤ n then u i else x
vs : ∀ (i : ℕ), v i ∈ s
hv : Monotone v
this : ¬n + 1 ≤ n
⊢ v (n + 1) = x

Tactic:
simp only [v, this, ite_eq_right_iff, IsEmpty.forall_iff]

Result:
no goals

Proof state:
case inr
α : Type u_1
inst✝¹ : LinearOrder α
E : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace E
f : α → E
s : Set α
x : α
hx : x ∈ s
u : ℕ → α
hu : Monotone u
us : ∀ (i : ℕ), u i ∈ s
n : ℕ
h : x < u n
exists_N : ∃ N ≤ n, x < u N
N : ℕ := Nat.find exists_N
hN : N ≤ n ∧ x < u N
w : ℕ → α := fun i => if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)
ws : ∀ (i : ℕ), w i ∈ s
hw : Monotone w
⊢ ∃ v m,
    Monotone v ∧
      (∀ (i : ℕ), v i ∈ s) ∧
        x ∈ v '' Iio m ∧
          ∑ i ∈ Finset.range n, edist (f (u (i + 1))) (f (u i)) ≤ ∑ j ∈ Finset.range m, edist (f (v (j + 1))) (f (v j))

Tactic:
refine ⟨w, n + 1, hw, ws, (mem_image _ _ _).2 ⟨N, hN.1.trans_lt (Nat.lt_succ_self n), ?_⟩, ?_⟩

Result:
case inr.refine_1
α : Type u_1
inst✝¹ : LinearOrder α
E : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace E
f : α → E
s : Set α
x : α
hx : x ∈ s
u : ℕ → α
hu : Monotone u
us : ∀ (i : ℕ), u i ∈ s
n : ℕ
h : x < u n
exists_N : ∃ N ≤ n, x < u N
N : ℕ := Nat.find exists_N
hN : N ≤ n ∧ x < u N
w : ℕ → α := fun i => if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)
ws : ∀ (i : ℕ), w i ∈ s
hw : Monotone w
⊢ w N = x

case inr.refine_2
α : Type u_1
inst✝¹ : LinearOrder α
E : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace E
f : α → E
s : Set α
x : α
hx : x ∈ s
u : ℕ → α
hu : Monotone u
us : ∀ (i : ℕ), u i ∈ s
n : ℕ
h : x < u n
exists_N : ∃ N ≤ n, x < u N
N : ℕ := Nat.find exists_N
hN : N ≤ n ∧ x < u N
w : ℕ → α := fun i => if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)
ws : ∀ (i : ℕ), w i ∈ s
hw : Monotone w
⊢ ∑ i ∈ Finset.range n, edist (f (u (i + 1))) (f (u i)) ≤ ∑ j ∈ Finset.range (n + 1), edist (f (w (j + 1))) (f (w j))

Proof state:
α : Type u_1
inst✝¹ : LinearOrder α
E : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace E
f : α → E
s : Set α
x : α
hx : x ∈ s
u : ℕ → α
hu : Monotone u
us : ∀ (i : ℕ), u i ∈ s
n : ℕ
h : x < u n
exists_N : ∃ N ≤ n, x < u N
N : ℕ := Nat.find exists_N
hN : N ≤ n ∧ x < u N
w : ℕ → α := fun i => if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)
ws : ∀ (i : ℕ), w i ∈ s
hw : Monotone w
Npos : 0 < N
⊢ ∑ i ∈ Finset.Ico 0 (N - 1), edist (f (u (i + 1))) (f (u i)) +
        ∑ i ∈ Finset.Ico (N - 1) N, edist (f (u (i + 1))) (f (u i)) +
      ∑ i ∈ Finset.Ico N n, edist (f (u (i + 1))) (f (u i)) =
    ∑ i ∈ Finset.Ico 0 (N - 1), edist (f (w (i + 1))) (f (w i)) + edist (f (u N)) (f (u (N - 1))) +
      ∑ i ∈ Finset.Ico N n, edist (f (w (1 + i + 1))) (f (w (1 + i)))

Tactic:
congr 1

Result:
case e_a
α : Type u_1
inst✝¹ : LinearOrder α
E : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace E
f : α → E
s : Set α
x : α
hx : x ∈ s
u : ℕ → α
hu : Monotone u
us : ∀ (i : ℕ), u i ∈ s
n : ℕ
h : x < u n
exists_N : ∃ N ≤ n, x < u N
N : ℕ := Nat.find exists_N
hN : N ≤ n ∧ x < u N
w : ℕ → α := fun i => if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)
ws : ∀ (i : ℕ), w i ∈ s
hw : Monotone w
Npos : 0 < N
⊢ ∑ i ∈ Finset.Ico 0 (N - 1), edist (f (u (i + 1))) (f (u i)) +
      ∑ i ∈ Finset.Ico (N - 1) N, edist (f (u (i + 1))) (f (u i)) =
    ∑ i ∈ Finset.Ico 0 (N - 1), edist (f (w (i + 1))) (f (w i)) + edist (f (u N)) (f (u (N - 1)))

case e_a
α : Type u_1
inst✝¹ : LinearOrder α
E : Type u_2
inst✝ : PseudoEMetricSpace E
f : α → E
s : Set α
x : α
hx : x ∈ s
u : ℕ → α
hu : Monotone u
us : ∀ (i : ℕ), u i ∈ s
n : ℕ
h : x < u n
exists_N : ∃ N ≤ n, x < u N
N : ℕ := Nat.find exists_N
hN : N ≤ n ∧ x < u N
w : ℕ → α := fun i => if i < N then u i else if i = N then x else u (i - 1)
ws : ∀ (i : ℕ), w i ∈ s
hw : Monotone w
Npos : 0 < N
⊢ ∑ i ∈ Finset.Ico N n, edist (f (u (i + 1))) (f (u i)) =
    ∑ i ∈ Finset.Ico N n, edist (f (w (1 + i + 1))) (f (w (1 + i)))