Module: Mathlib.Analysis.FunctionalSpaces.SobolevInequality

Goal state before:
pp: case neg
E : Type u_4
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : MeasurableSpace E
inst✝⁴ : BorelSpace E
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ E
μ : Measure E
inst✝² : μ.IsAddHaarMeasure
F' : Type u_5
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F'
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F'
u : E → F'
hu : ContDiff ℝ 1 u
h2u : HasCompactSupport u
p p' : ℝ≥0
hp✝ : 1 ≤ p
hp'0 : ¬p' = 0
n : ℕ := finrank ℝ E
hn✝ : 0 < n
hp' : (↑p')⁻¹ = ↑p⁻¹ - (↑n)⁻¹
n' : ℝ≥0 := (↑n).conjExponent
h2p : ↑p < ↑n
h0n : 2 ≤ n
hn : (↑n).HolderConjugate n'
h1n : 1 ≤ ↑n
h2n : 0 < ↑n - 1
hnp : 0 < ↑n - ↑p
hp : 1 < p
q : ℝ := (↑p).conjExponent
hq : (↑p).HolderConjugate q
h0p : p ≠ 0
h1p : ↑p ≠ 1
h3p : ↑p - 1 ≠ 0
h2q : 1 / ↑n' - 1 / q = 1 / ↑p'
γ : ℝ≥0 := NNReal.mk (↑p * (↑n - 1) / (↑n - ↑p)) ⋯
h0γ : ↑γ = ↑p * (↑n - 1) / (↑n - ↑p)
h1γ : 1 < ↑γ
h2γ : γ * n' = p'
h3γ : (↑γ - 1) * q = ↑p'
h4γ : ↑γ ≠ 0
h3u : ¬∫⁻ (x : E), ‖u x‖ₑ ^ ↑p' ∂μ = 0
h4u : ∫⁻ (x : E), ‖u x‖ₑ ^ ↑p' ∂μ ≠ ∞
h5u : (∫⁻ (x : E), ‖u x‖ₑ ^ ↑p' ∂μ) ^ (1 / q) ≠ 0
h6u : (∫⁻ (x : E), ‖u x‖ₑ ^ ↑p' ∂μ) ^ (1 / q) ≠ ∞
h7u : Continuous u
v : E → ℝ := fun x ↦ ‖u x‖ ^ ↑γ
hv : ContDiff ℝ 1 v
h2v : HasCompactSupport v
C : ℝ≥0 := eLpNormLESNormFDerivOneConst μ ↑n'
⊢ eLpNorm u (↑p') μ ≤ ↑(eLpNormLESNormFDerivOfEqInnerConst μ ↑p) * eLpNorm (fderiv ℝ u) (↑p) μ

Tactic:
have :=
  calc (∫⁻ x, ‖u x‖ₑ ^ (p' : ℝ) ∂μ) ^ (1 / (n' : ℝ)) = eLpNorm v n' μ := by
        rw [← h2γ, eLpNorm_nnreal_eq_lintegral hn.symm.pos.ne']
        simp (discharger := positivity) [v, Real.enorm_rpow_of_nonneg, ENNReal.rpow_mul]
    _ ≤ C * eLpNorm (fderiv ℝ v) 1 μ := eLpNorm_le_eLpNorm_fderiv_one μ hv h2v hn
    _ = C * ∫⁻ x, ‖fderiv ℝ v x‖ₑ ∂μ := by rw [eLpNorm_one_eq_lintegral_enorm]
    _ ≤ C * γ * ∫⁻ x, ‖u x‖ₑ ^ ((γ : ℝ) - 1) * ‖fderiv ℝ u x‖ₑ ∂μ := by
      rw [mul_assoc, ← lintegral_const_mul γ]
      · gcongr
        simp_rw [← mul_assoc]
        exact enorm_fderiv_norm_rpow_le (hu.differentiable one_ne_zero) h1γ
      dsimp [enorm]
      fun_prop
    _ ≤ C * γ * ((∫⁻ x, ‖u x‖ₑ ^ (p' : ℝ) ∂μ) ^ (1 / q) *
        (∫⁻ x, ‖fderiv ℝ u x‖ₑ ^ (p : ℝ) ∂μ) ^ (1 / (p : ℝ))) := by
        gcongr
        convert!
          ENNReal.lintegral_mul_le_Lp_mul_Lq μ (.symm <| .conjExponent <| show 1 < (p : ℝ) from hp)
            ?_ ?_ using 5
        · simp [γ, n, q, ← ENNReal.rpow_mul, ← h3γ]
        · borelize F'
          fun_prop
        · fun_prop
    _ = C * γ * (∫⁻ x, ‖fderiv ℝ u x‖ₑ ^ (p : ℝ) ∂μ) ^ (1 / (p : ℝ)) *
      (∫⁻ x, ‖u x‖ₑ ^ (p' : ℝ) ∂μ) ^ (1 / q) := by ring

Goal state after:
case neg
E : Type u_4
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : MeasurableSpace E
inst✝⁴ : BorelSpace E
inst✝³ : FiniteDimensional ℝ E
μ : Measure E
inst✝² : μ.IsAddHaarMeasure
F' : Type u_5
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F'
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F'
u : E → F'
hu : ContDiff ℝ 1 u
h2u : HasCompactSupport u
p p' : ℝ≥0
hp✝ : 1 ≤ p
hp'0 : ¬p' = 0
n : ℕ := finrank ℝ E
hn✝ : 0 < n
hp' : (↑p')⁻¹ = ↑p⁻¹ - (↑n)⁻¹
n' : ℝ≥0 := (↑n).conjExponent
h2p : ↑p < ↑n
h0n : 2 ≤ n
hn : (↑n).HolderConjugate n'
h1n : 1 ≤ ↑n
h2n : 0 < ↑n - 1
hnp : 0 < ↑n - ↑p
hp : 1 < p
q : ℝ := (↑p).conjExponent
hq : (↑p).HolderConjugate q
h0p : p ≠ 0
h1p : ↑p ≠ 1
h3p : ↑p - 1 ≠ 0
h2q : 1 / ↑n' - 1 / q = 1 / ↑p'
γ : ℝ≥0 := NNReal.mk (↑p * (↑n - 1) / (↑n - ↑p)) ⋯
h0γ : ↑γ = ↑p * (↑n - 1) / (↑n - ↑p)
h1γ : 1 < ↑γ
h2γ : γ * n' = p'
h3γ : (↑γ - 1) * q = ↑p'
h4γ : ↑γ ≠ 0
h3u : ¬∫⁻ (x : E), ‖u x‖ₑ ^ ↑p' ∂μ = 0
h4u : ∫⁻ (x : E), ‖u x‖ₑ ^ ↑p' ∂μ ≠ ∞
h5u : (∫⁻ (x : E), ‖u x‖ₑ ^ ↑p' ∂μ) ^ (1 / q) ≠ 0
h6u : (∫⁻ (x : E), ‖u x‖ₑ ^ ↑p' ∂μ) ^ (1 / q) ≠ ∞
h7u : Continuous u
v : E → ℝ := fun x ↦ ‖u x‖ ^ ↑γ
hv : ContDiff ℝ 1 v
h2v : HasCompactSupport v
C : ℝ≥0 := eLpNormLESNormFDerivOneConst μ ↑n'
this :
  (∫⁻ (x : E), ‖u x‖ₑ ^ ↑p' ∂μ) ^ (1 / ↑n') ≤
    ↑C * ↑γ * (∫⁻ (x : E), ‖fderiv ℝ u x‖ₑ ^ ↑p ∂μ) ^ (1 / ↑p) * (∫⁻ (x : E), ‖u x‖ₑ ^ ↑p' ∂μ) ^ (1 / q)
⊢ eLpNorm u (↑p') μ ≤ ↑(eLpNormLESNormFDerivOfEqInnerConst μ ↑p) * eLpNorm (fderiv ℝ u) (↑p) μ