Module: Mathlib.Analysis.Calculus.ParametricIntegral

Goal state before:
pp: case pos.h_bound
α : Type u_1
inst✝⁶ : MeasurableSpace α
μ : Measure α
𝕜 : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
E : Type u_3
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
inst✝² : NormedSpace 𝕜 E
H : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup H
inst✝ : NormedSpace 𝕜 H
F : H → α → E
x₀ : H
bound : α → ℝ
s : Set H
F' : α → H →L[𝕜] E
hs : s ∈ 𝓝 x₀
hF_meas : ∀ x ∈ s, AEStronglyMeasurable (F x) μ
hF_int : Integrable (F x₀) μ
hF'_meas : AEStronglyMeasurable F' μ
bound_integrable : Integrable bound μ
h_diff : ∀ᵐ (a : α) ∂μ, HasFDerivAt (fun x ↦ F x a) (F' a) x₀
ε : ℝ
ε_pos : ε > 0
hε : ball x₀ ε ⊆ s
x₀_in : x₀ ∈ ball x₀ ε
nneg : ∀ (x : H), 0 ≤ ‖x - x₀‖⁻¹
b : α → ℝ := ⋯
b_int : Integrable b μ
b_nonneg : ∀ (a : α), 0 ≤ b a
h_lipsch : ∀ᵐ (a : α) ∂μ, ∀ x ∈ ball x₀ ε, ‖F x a - F x₀ a‖ ≤ b a * ‖x - x₀‖
hF_int' : ∀ x ∈ ball x₀ ε, Integrable (F x) μ
hF'_int : Integrable F' μ
hE : CompleteSpace E
h_ball : ball x₀ ε ∈ 𝓝 x₀
this :
  ∀ᶠ (x : H) in 𝓝 x₀,
    ‖x - x₀‖⁻¹ * ‖∫ (a : α), F x a ∂μ - ∫ (a : α), F x₀ a ∂μ - (∫ (a : α), F' a ∂μ) (x - x₀)‖ =
      ‖∫ (a : α), ‖x - x₀‖⁻¹ • (F x a - F x₀ a - (F' a) (x - x₀)) ∂μ‖
⊢ ∀ᶠ (n : H) in 𝓝 x₀, ∀ᵐ (a : α) ∂μ, ‖‖n - x₀‖⁻¹ • (F n a - F x₀ a - (F' a) (n - x₀))‖ ≤ b a + ‖F' a‖

pp: case pos.bound_integrable
α : Type u_1
inst✝⁶ : MeasurableSpace α
μ : Measure α
𝕜 : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
E : Type u_3
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
inst✝² : NormedSpace 𝕜 E
H : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup H
inst✝ : NormedSpace 𝕜 H
F : H → α → E
x₀ : H
bound : α → ℝ
s : Set H
F' : α → H →L[𝕜] E
hs : s ∈ 𝓝 x₀
hF_meas : ∀ x ∈ s, AEStronglyMeasurable (F x) μ
hF_int : Integrable (F x₀) μ
hF'_meas : AEStronglyMeasurable F' μ
bound_integrable : Integrable bound μ
h_diff : ∀ᵐ (a : α) ∂μ, HasFDerivAt (fun x ↦ F x a) (F' a) x₀
ε : ℝ
ε_pos : ε > 0
hε : ball x₀ ε ⊆ s
x₀_in : x₀ ∈ ball x₀ ε
nneg : ∀ (x : H), 0 ≤ ‖x - x₀‖⁻¹
b : α → ℝ := ⋯
b_int : Integrable b μ
b_nonneg : ∀ (a : α), 0 ≤ b a
h_lipsch : ∀ᵐ (a : α) ∂μ, ∀ x ∈ ball x₀ ε, ‖F x a - F x₀ a‖ ≤ b a * ‖x - x₀‖
hF_int' : ∀ x ∈ ball x₀ ε, Integrable (F x) μ
hF'_int : Integrable F' μ
hE : CompleteSpace E
h_ball : ball x₀ ε ∈ 𝓝 x₀
this :
  ∀ᶠ (x : H) in 𝓝 x₀,
    ‖x - x₀‖⁻¹ * ‖∫ (a : α), F x a ∂μ - ∫ (a : α), F x₀ a ∂μ - (∫ (a : α), F' a ∂μ) (x - x₀)‖ =
      ‖∫ (a : α), ‖x - x₀‖⁻¹ • (F x a - F x₀ a - (F' a) (x - x₀)) ∂μ‖
⊢ Integrable (fun a ↦ b a + ‖F' a‖) μ

pp: case pos.h_lim
α : Type u_1
inst✝⁶ : MeasurableSpace α
μ : Measure α
𝕜 : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
E : Type u_3
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
inst✝² : NormedSpace 𝕜 E
H : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup H
inst✝ : NormedSpace 𝕜 H
F : H → α → E
x₀ : H
bound : α → ℝ
s : Set H
F' : α → H →L[𝕜] E
hs : s ∈ 𝓝 x₀
hF_meas : ∀ x ∈ s, AEStronglyMeasurable (F x) μ
hF_int : Integrable (F x₀) μ
hF'_meas : AEStronglyMeasurable F' μ
bound_integrable : Integrable bound μ
h_diff : ∀ᵐ (a : α) ∂μ, HasFDerivAt (fun x ↦ F x a) (F' a) x₀
ε : ℝ
ε_pos : ε > 0
hε : ball x₀ ε ⊆ s
x₀_in : x₀ ∈ ball x₀ ε
nneg : ∀ (x : H), 0 ≤ ‖x - x₀‖⁻¹
b : α → ℝ := ⋯
b_int : Integrable b μ
b_nonneg : ∀ (a : α), 0 ≤ b a
h_lipsch : ∀ᵐ (a : α) ∂μ, ∀ x ∈ ball x₀ ε, ‖F x a - F x₀ a‖ ≤ b a * ‖x - x₀‖
hF_int' : ∀ x ∈ ball x₀ ε, Integrable (F x) μ
hF'_int : Integrable F' μ
hE : CompleteSpace E
h_ball : ball x₀ ε ∈ 𝓝 x₀
this :
  ∀ᶠ (x : H) in 𝓝 x₀,
    ‖x - x₀‖⁻¹ * ‖∫ (a : α), F x a ∂μ - ∫ (a : α), F x₀ a ∂μ - (∫ (a : α), F' a ∂μ) (x - x₀)‖ =
      ‖∫ (a : α), ‖x - x₀‖⁻¹ • (F x a - F x₀ a - (F' a) (x - x₀)) ∂μ‖
⊢ ∀ᵐ (a : α) ∂μ,
    Tendsto (fun n ↦ ‖n - x₀‖⁻¹ • (F n a - F x₀ a - (F' a) (n - x₀))) (𝓝 x₀)
      (𝓝 (‖x₀ - x₀‖⁻¹ • (F x₀ a - F x₀ a - (F' a) (x₀ - x₀))))

Tactic:
· refine mem_of_superset h_ball fun x hx ↦ ?_
    apply (h_diff.and h_lipsch).mono
    rintro a ⟨-, ha_bound⟩
    replace ha_bound : ‖F x a - F x₀ a‖ ≤ b a * ‖x - x₀‖ := ha_bound x hx
    calc
      ‖‖x - x₀‖⁻¹ • (F x a - F x₀ a - F' a (x - x₀))‖ =
          ‖‖x - x₀‖⁻¹ • (F x a - F x₀ a) - ‖x - x₀‖⁻¹ • F' a (x - x₀)‖ := by rw [smul_sub]
      _ ≤ ‖‖x - x₀‖⁻¹ • (F x a - F x₀ a)‖ + ‖‖x - x₀‖⁻¹ • F' a (x - x₀)‖ := norm_sub_le _ _
      _ = ‖x - x₀‖⁻¹ * ‖F x a - F x₀ a‖ + ‖x - x₀‖⁻¹ * ‖F' a (x - x₀)‖ := by
        rw [norm_smul_of_nonneg, norm_smul_of_nonneg] <;> exact nneg _
      _ ≤ ‖x - x₀‖⁻¹ * (b a * ‖x - x₀‖) + ‖x - x₀‖⁻¹ * (‖F' a‖ * ‖x - x₀‖) := by
        gcongr; exact (F' a).le_opNorm _
      _ ≤ b a + ‖F' a‖ := ?_
    simp only [← div_eq_inv_mul]
    apply_rules [add_le_add, div_le_of_le_mul₀] <;> first | rfl | positivity

Goal state after:
case pos.bound_integrable
α : Type u_1
inst✝⁶ : MeasurableSpace α
μ : Measure α
𝕜 : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
E : Type u_3
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
inst✝² : NormedSpace 𝕜 E
H : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup H
inst✝ : NormedSpace 𝕜 H
F : H → α → E
x₀ : H
bound : α → ℝ
s : Set H
F' : α → H →L[𝕜] E
hs : s ∈ 𝓝 x₀
hF_meas : ∀ x ∈ s, AEStronglyMeasurable (F x) μ
hF_int : Integrable (F x₀) μ
hF'_meas : AEStronglyMeasurable F' μ
bound_integrable : Integrable bound μ
h_diff : ∀ᵐ (a : α) ∂μ, HasFDerivAt (fun x ↦ F x a) (F' a) x₀
ε : ℝ
ε_pos : ε > 0
hε : ball x₀ ε ⊆ s
x₀_in : x₀ ∈ ball x₀ ε
nneg : ∀ (x : H), 0 ≤ ‖x - x₀‖⁻¹
b : α → ℝ := ⋯
b_int : Integrable b μ
b_nonneg : ∀ (a : α), 0 ≤ b a
h_lipsch : ∀ᵐ (a : α) ∂μ, ∀ x ∈ ball x₀ ε, ‖F x a - F x₀ a‖ ≤ b a * ‖x - x₀‖
hF_int' : ∀ x ∈ ball x₀ ε, Integrable (F x) μ
hF'_int : Integrable F' μ
hE : CompleteSpace E
h_ball : ball x₀ ε ∈ 𝓝 x₀
this :
  ∀ᶠ (x : H) in 𝓝 x₀,
    ‖x - x₀‖⁻¹ * ‖∫ (a : α), F x a ∂μ - ∫ (a : α), F x₀ a ∂μ - (∫ (a : α), F' a ∂μ) (x - x₀)‖ =
      ‖∫ (a : α), ‖x - x₀‖⁻¹ • (F x a - F x₀ a - (F' a) (x - x₀)) ∂μ‖
⊢ Integrable (fun a ↦ b a + ‖F' a‖) μ

case pos.h_lim
α : Type u_1
inst✝⁶ : MeasurableSpace α
μ : Measure α
𝕜 : Type u_2
inst✝⁵ : RCLike 𝕜
E : Type u_3
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
inst✝² : NormedSpace 𝕜 E
H : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup H
inst✝ : NormedSpace 𝕜 H
F : H → α → E
x₀ : H
bound : α → ℝ
s : Set H
F' : α → H →L[𝕜] E
hs : s ∈ 𝓝 x₀
hF_meas : ∀ x ∈ s, AEStronglyMeasurable (F x) μ
hF_int : Integrable (F x₀) μ
hF'_meas : AEStronglyMeasurable F' μ
bound_integrable : Integrable bound μ
h_diff : ∀ᵐ (a : α) ∂μ, HasFDerivAt (fun x ↦ F x a) (F' a) x₀
ε : ℝ
ε_pos : ε > 0
hε : ball x₀ ε ⊆ s
x₀_in : x₀ ∈ ball x₀ ε
nneg : ∀ (x : H), 0 ≤ ‖x - x₀‖⁻¹
b : α → ℝ := ⋯
b_int : Integrable b μ
b_nonneg : ∀ (a : α), 0 ≤ b a
h_lipsch : ∀ᵐ (a : α) ∂μ, ∀ x ∈ ball x₀ ε, ‖F x a - F x₀ a‖ ≤ b a * ‖x - x₀‖
hF_int' : ∀ x ∈ ball x₀ ε, Integrable (F x) μ
hF'_int : Integrable F' μ
hE : CompleteSpace E
h_ball : ball x₀ ε ∈ 𝓝 x₀
this :
  ∀ᶠ (x : H) in 𝓝 x₀,
    ‖x - x₀‖⁻¹ * ‖∫ (a : α), F x a ∂μ - ∫ (a : α), F x₀ a ∂μ - (∫ (a : α), F' a ∂μ) (x - x₀)‖ =
      ‖∫ (a : α), ‖x - x₀‖⁻¹ • (F x a - F x₀ a - (F' a) (x - x₀)) ∂μ‖
⊢ ∀ᵐ (a : α) ∂μ,
    Tendsto (fun n ↦ ‖n - x₀‖⁻¹ • (F n a - F x₀ a - (F' a) (n - x₀))) (𝓝 x₀)
      (𝓝 (‖x₀ - x₀‖⁻¹ • (F x₀ a - F x₀ a - (F' a) (x₀ - x₀))))