Module: Mathlib.MeasureTheory.Integral.RieszMarkovKakutani.Real

Goal state before:
pp: X : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace X
inst✝³ : T2Space X
inst✝² : MeasurableSpace X
inst✝¹ : BorelSpace X
Λ : (X →C_c ℝ) →ₚ[ℝ] ℝ
inst✝ : LocallyCompactSpace X
f : X →C_c ℝ
μ : Measure X := rieszMeasure Λ
K : Set X := tsupport ⇑f
ε : ℝ
hε : 0 < ε
a b : ℝ
hab : a < b ∧ range ⇑f ⊆ Ioo a b
N : ℕ
hN : 0 < N
ε' : ℝ := (b - a) / ↑N
hε' : 0 < ε' ∧ ε' * (2 * μ.real K + |a| + b + ε') ≤ ε
E : Fin N → Set X
hE :
  tsupport ⇑f = ⋃ j, E j ∧
    univ.PairwiseDisjoint E ∧
      (∀ (n : Fin N), ∀ x ∈ E n, a + ε' * ↑↑n < f x ∧ f x ≤ a + ε' * (↑↑n + 1)) ∧ ∀ (n : Fin N), MeasurableSet (E n)
y : Fin N → ℝ := fun n ↦ a + ε' * (↑↑n + 1)
hE' : ∀ (n : Fin N), μ (E n) ≠ ∞
V : Fin N → Opens X
hV : ∀ (n : Fin N), E n ⊆ ↑(V n) ∧ (∀ x ∈ V n, f x < y n + ε') ∧ μ ↑(V n) ≤ μ (E n) + ENNReal.ofReal (ε' / ↑N)
g : Fin N → X →C_c ℝ
hg :
  (∀ (n : Fin N), tsupport ⇑(g n) ⊆ (V n).carrier) ∧
    EqOn (∑ n, ⇑(g n)) 1 (tsupport f.toFun) ∧
      (∀ (n : Fin N) (x : X), (g n) x ∈ Icc 0 1) ∧ ∀ (n : Fin N), HasCompactSupport ⇑(g n)
⊢ Λ f ≤ ∫ (x : X), f x ∂rieszMeasure Λ + ε

Tactic:
calc Λ f
    _ = Λ (∑ n, g n • f) := ?_
    _ = ∑ n, Λ (g n • f) := by simp
    _ ≤ ∑ n, Λ ((y n + ε') • g n) := ?_
    _ = ∑ n, (y n + ε') * Λ (g n) := by simp
    -- That `y n + ε'` can be negative is bad in the inequalities so we artificially include `|a|`.
    _ = ∑ n, (|a| + y n + ε') * Λ (g n) - |a| * ∑ n, Λ (g n) := by
      simp [add_assoc, add_mul |a|, Finset.sum_add_distrib, Finset.mul_sum]
    _ ≤ ∑ n, (|a| + y n + ε') * (μ.real (E n) + ε' / N) - |a| * ∑ n, Λ (g n) := ?_
    _ ≤ ∑ n, (|a| + y n + ε') * (μ.real (E n) + ε' / N) - |a| * μ.real K := ?_
    _ = ∑ n, (y n - ε') * μ.real (E n) +
      2 * ε' * μ.real K + ε' / N * ∑ n, (|a| + y n + ε') := ?_
    _ ≤ ∫ x, f x ∂μ + 2 * ε' * μ.real K + ε' / N * ∑ n, (|a| + y n + ε') := ?_
    _ ≤ ∫ x, f x ∂μ + ε' * (2 * μ.real K + |a| + b + ε') := ?_
    _ ≤ ∫ x, f x ∂μ + ε := by simp [hε'.2]

Goal state after:
case calc_1
X : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace X
inst✝³ : T2Space X
inst✝² : MeasurableSpace X
inst✝¹ : BorelSpace X
Λ : (X →C_c ℝ) →ₚ[ℝ] ℝ
inst✝ : LocallyCompactSpace X
f : X →C_c ℝ
μ : Measure X := rieszMeasure Λ
K : Set X := tsupport ⇑f
ε : ℝ
hε : 0 < ε
a b : ℝ
hab : a < b ∧ range ⇑f ⊆ Ioo a b
N : ℕ
hN : 0 < N
ε' : ℝ := (b - a) / ↑N
hε' : 0 < ε' ∧ ε' * (2 * μ.real K + |a| + b + ε') ≤ ε
E : Fin N → Set X
hE :
  tsupport ⇑f = ⋃ j, E j ∧
    univ.PairwiseDisjoint E ∧
      (∀ (n : Fin N), ∀ x ∈ E n, a + ε' * ↑↑n < f x ∧ f x ≤ a + ε' * (↑↑n + 1)) ∧ ∀ (n : Fin N), MeasurableSet (E n)
y : Fin N → ℝ := fun n ↦ a + ε' * (↑↑n + 1)
hE' : ∀ (n : Fin N), μ (E n) ≠ ∞
V : Fin N → Opens X
hV : ∀ (n : Fin N), E n ⊆ ↑(V n) ∧ (∀ x ∈ V n, f x < y n + ε') ∧ μ ↑(V n) ≤ μ (E n) + ENNReal.ofReal (ε' / ↑N)
g : Fin N → X →C_c ℝ
hg :
  (∀ (n : Fin N), tsupport ⇑(g n) ⊆ (V n).carrier) ∧
    EqOn (∑ n, ⇑(g n)) 1 (tsupport f.toFun) ∧
      (∀ (n : Fin N) (x : X), (g n) x ∈ Icc 0 1) ∧ ∀ (n : Fin N), HasCompactSupport ⇑(g n)
⊢ Λ f = Λ (∑ n, g n • f)

case calc_2
X : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace X
inst✝³ : T2Space X
inst✝² : MeasurableSpace X
inst✝¹ : BorelSpace X
Λ : (X →C_c ℝ) →ₚ[ℝ] ℝ
inst✝ : LocallyCompactSpace X
f : X →C_c ℝ
μ : Measure X := rieszMeasure Λ
K : Set X := tsupport ⇑f
ε : ℝ
hε : 0 < ε
a b : ℝ
hab : a < b ∧ range ⇑f ⊆ Ioo a b
N : ℕ
hN : 0 < N
ε' : ℝ := (b - a) / ↑N
hε' : 0 < ε' ∧ ε' * (2 * μ.real K + |a| + b + ε') ≤ ε
E : Fin N → Set X
hE :
  tsupport ⇑f = ⋃ j, E j ∧
    univ.PairwiseDisjoint E ∧
      (∀ (n : Fin N), ∀ x ∈ E n, a + ε' * ↑↑n < f x ∧ f x ≤ a + ε' * (↑↑n + 1)) ∧ ∀ (n : Fin N), MeasurableSet (E n)
y : Fin N → ℝ := fun n ↦ a + ε' * (↑↑n + 1)
hE' : ∀ (n : Fin N), μ (E n) ≠ ∞
V : Fin N → Opens X
hV : ∀ (n : Fin N), E n ⊆ ↑(V n) ∧ (∀ x ∈ V n, f x < y n + ε') ∧ μ ↑(V n) ≤ μ (E n) + ENNReal.ofReal (ε' / ↑N)
g : Fin N → X →C_c ℝ
hg :
  (∀ (n : Fin N), tsupport ⇑(g n) ⊆ (V n).carrier) ∧
    EqOn (∑ n, ⇑(g n)) 1 (tsupport f.toFun) ∧
      (∀ (n : Fin N) (x : X), (g n) x ∈ Icc 0 1) ∧ ∀ (n : Fin N), HasCompactSupport ⇑(g n)
⊢ ∑ n, Λ (g n • f) ≤ ∑ n, Λ ((y n + ε') • g n)

case calc_3
X : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace X
inst✝³ : T2Space X
inst✝² : MeasurableSpace X
inst✝¹ : BorelSpace X
Λ : (X →C_c ℝ) →ₚ[ℝ] ℝ
inst✝ : LocallyCompactSpace X
f : X →C_c ℝ
μ : Measure X := rieszMeasure Λ
K : Set X := tsupport ⇑f
ε : ℝ
hε : 0 < ε
a b : ℝ
hab : a < b ∧ range ⇑f ⊆ Ioo a b
N : ℕ
hN : 0 < N
ε' : ℝ := (b - a) / ↑N
hε' : 0 < ε' ∧ ε' * (2 * μ.real K + |a| + b + ε') ≤ ε
E : Fin N → Set X
hE :
  tsupport ⇑f = ⋃ j, E j ∧
    univ.PairwiseDisjoint E ∧
      (∀ (n : Fin N), ∀ x ∈ E n, a + ε' * ↑↑n < f x ∧ f x ≤ a + ε' * (↑↑n + 1)) ∧ ∀ (n : Fin N), MeasurableSet (E n)
y : Fin N → ℝ := fun n ↦ a + ε' * (↑↑n + 1)
hE' : ∀ (n : Fin N), μ (E n) ≠ ∞
V : Fin N → Opens X
hV : ∀ (n : Fin N), E n ⊆ ↑(V n) ∧ (∀ x ∈ V n, f x < y n + ε') ∧ μ ↑(V n) ≤ μ (E n) + ENNReal.ofReal (ε' / ↑N)
g : Fin N → X →C_c ℝ
hg :
  (∀ (n : Fin N), tsupport ⇑(g n) ⊆ (V n).carrier) ∧
    EqOn (∑ n, ⇑(g n)) 1 (tsupport f.toFun) ∧
      (∀ (n : Fin N) (x : X), (g n) x ∈ Icc 0 1) ∧ ∀ (n : Fin N), HasCompactSupport ⇑(g n)
⊢ ∑ n, (|a| + y n + ε') * Λ (g n) - |a| * ∑ n, Λ (g n) ≤
    ∑ n, (|a| + y n + ε') * (μ.real (E n) + ε' / ↑N) - |a| * ∑ n, Λ (g n)

case calc_4
X : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace X
inst✝³ : T2Space X
inst✝² : MeasurableSpace X
inst✝¹ : BorelSpace X
Λ : (X →C_c ℝ) →ₚ[ℝ] ℝ
inst✝ : LocallyCompactSpace X
f : X →C_c ℝ
μ : Measure X := rieszMeasure Λ
K : Set X := tsupport ⇑f
ε : ℝ
hε : 0 < ε
a b : ℝ
hab : a < b ∧ range ⇑f ⊆ Ioo a b
N : ℕ
hN : 0 < N
ε' : ℝ := (b - a) / ↑N
hε' : 0 < ε' ∧ ε' * (2 * μ.real K + |a| + b + ε') ≤ ε
E : Fin N → Set X
hE :
  tsupport ⇑f = ⋃ j, E j ∧
    univ.PairwiseDisjoint E ∧
      (∀ (n : Fin N), ∀ x ∈ E n, a + ε' * ↑↑n < f x ∧ f x ≤ a + ε' * (↑↑n + 1)) ∧ ∀ (n : Fin N), MeasurableSet (E n)
y : Fin N → ℝ := fun n ↦ a + ε' * (↑↑n + 1)
hE' : ∀ (n : Fin N), μ (E n) ≠ ∞
V : Fin N → Opens X
hV : ∀ (n : Fin N), E n ⊆ ↑(V n) ∧ (∀ x ∈ V n, f x < y n + ε') ∧ μ ↑(V n) ≤ μ (E n) + ENNReal.ofReal (ε' / ↑N)
g : Fin N → X →C_c ℝ
hg :
  (∀ (n : Fin N), tsupport ⇑(g n) ⊆ (V n).carrier) ∧
    EqOn (∑ n, ⇑(g n)) 1 (tsupport f.toFun) ∧
      (∀ (n : Fin N) (x : X), (g n) x ∈ Icc 0 1) ∧ ∀ (n : Fin N), HasCompactSupport ⇑(g n)
⊢ ∑ n, (|a| + y n + ε') * (μ.real (E n) + ε' / ↑N) - |a| * ∑ n, Λ (g n) ≤
    ∑ n, (|a| + y n + ε') * (μ.real (E n) + ε' / ↑N) - |a| * μ.real K

case calc_5
X : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace X
inst✝³ : T2Space X
inst✝² : MeasurableSpace X
inst✝¹ : BorelSpace X
Λ : (X →C_c ℝ) →ₚ[ℝ] ℝ
inst✝ : LocallyCompactSpace X
f : X →C_c ℝ
μ : Measure X := rieszMeasure Λ
K : Set X := tsupport ⇑f
ε : ℝ
hε : 0 < ε
a b : ℝ
hab : a < b ∧ range ⇑f ⊆ Ioo a b
N : ℕ
hN : 0 < N
ε' : ℝ := (b - a) / ↑N
hε' : 0 < ε' ∧ ε' * (2 * μ.real K + |a| + b + ε') ≤ ε
E : Fin N → Set X
hE :
  tsupport ⇑f = ⋃ j, E j ∧
    univ.PairwiseDisjoint E ∧
      (∀ (n : Fin N), ∀ x ∈ E n, a + ε' * ↑↑n < f x ∧ f x ≤ a + ε' * (↑↑n + 1)) ∧ ∀ (n : Fin N), MeasurableSet (E n)
y : Fin N → ℝ := fun n ↦ a + ε' * (↑↑n + 1)
hE' : ∀ (n : Fin N), μ (E n) ≠ ∞
V : Fin N → Opens X
hV : ∀ (n : Fin N), E n ⊆ ↑(V n) ∧ (∀ x ∈ V n, f x < y n + ε') ∧ μ ↑(V n) ≤ μ (E n) + ENNReal.ofReal (ε' / ↑N)
g : Fin N → X →C_c ℝ
hg :
  (∀ (n : Fin N), tsupport ⇑(g n) ⊆ (V n).carrier) ∧
    EqOn (∑ n, ⇑(g n)) 1 (tsupport f.toFun) ∧
      (∀ (n : Fin N) (x : X), (g n) x ∈ Icc 0 1) ∧ ∀ (n : Fin N), HasCompactSupport ⇑(g n)
⊢ ∑ n, (|a| + y n + ε') * (μ.real (E n) + ε' / ↑N) - |a| * μ.real K =
    ∑ n, (y n - ε') * μ.real (E n) + 2 * ε' * μ.real K + ε' / ↑N * ∑ n, (|a| + y n + ε')

case calc_6
X : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace X
inst✝³ : T2Space X
inst✝² : MeasurableSpace X
inst✝¹ : BorelSpace X
Λ : (X →C_c ℝ) →ₚ[ℝ] ℝ
inst✝ : LocallyCompactSpace X
f : X →C_c ℝ
μ : Measure X := rieszMeasure Λ
K : Set X := tsupport ⇑f
ε : ℝ
hε : 0 < ε
a b : ℝ
hab : a < b ∧ range ⇑f ⊆ Ioo a b
N : ℕ
hN : 0 < N
ε' : ℝ := (b - a) / ↑N
hε' : 0 < ε' ∧ ε' * (2 * μ.real K + |a| + b + ε') ≤ ε
E : Fin N → Set X
hE :
  tsupport ⇑f = ⋃ j, E j ∧
    univ.PairwiseDisjoint E ∧
      (∀ (n : Fin N), ∀ x ∈ E n, a + ε' * ↑↑n < f x ∧ f x ≤ a + ε' * (↑↑n + 1)) ∧ ∀ (n : Fin N), MeasurableSet (E n)
y : Fin N → ℝ := fun n ↦ a + ε' * (↑↑n + 1)
hE' : ∀ (n : Fin N), μ (E n) ≠ ∞
V : Fin N → Opens X
hV : ∀ (n : Fin N), E n ⊆ ↑(V n) ∧ (∀ x ∈ V n, f x < y n + ε') ∧ μ ↑(V n) ≤ μ (E n) + ENNReal.ofReal (ε' / ↑N)
g : Fin N → X →C_c ℝ
hg :
  (∀ (n : Fin N), tsupport ⇑(g n) ⊆ (V n).carrier) ∧
    EqOn (∑ n, ⇑(g n)) 1 (tsupport f.toFun) ∧
      (∀ (n : Fin N) (x : X), (g n) x ∈ Icc 0 1) ∧ ∀ (n : Fin N), HasCompactSupport ⇑(g n)
⊢ ∑ n, (y n - ε') * μ.real (E n) + 2 * ε' * μ.real K + ε' / ↑N * ∑ n, (|a| + y n + ε') ≤
    ∫ (x : X), f x ∂μ + 2 * ε' * μ.real K + ε' / ↑N * ∑ n, (|a| + y n + ε')

case calc_7
X : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace X
inst✝³ : T2Space X
inst✝² : MeasurableSpace X
inst✝¹ : BorelSpace X
Λ : (X →C_c ℝ) →ₚ[ℝ] ℝ
inst✝ : LocallyCompactSpace X
f : X →C_c ℝ
μ : Measure X := rieszMeasure Λ
K : Set X := tsupport ⇑f
ε : ℝ
hε : 0 < ε
a b : ℝ
hab : a < b ∧ range ⇑f ⊆ Ioo a b
N : ℕ
hN : 0 < N
ε' : ℝ := (b - a) / ↑N
hε' : 0 < ε' ∧ ε' * (2 * μ.real K + |a| + b + ε') ≤ ε
E : Fin N → Set X
hE :
  tsupport ⇑f = ⋃ j, E j ∧
    univ.PairwiseDisjoint E ∧
      (∀ (n : Fin N), ∀ x ∈ E n, a + ε' * ↑↑n < f x ∧ f x ≤ a + ε' * (↑↑n + 1)) ∧ ∀ (n : Fin N), MeasurableSet (E n)
y : Fin N → ℝ := fun n ↦ a + ε' * (↑↑n + 1)
hE' : ∀ (n : Fin N), μ (E n) ≠ ∞
V : Fin N → Opens X
hV : ∀ (n : Fin N), E n ⊆ ↑(V n) ∧ (∀ x ∈ V n, f x < y n + ε') ∧ μ ↑(V n) ≤ μ (E n) + ENNReal.ofReal (ε' / ↑N)
g : Fin N → X →C_c ℝ
hg :
  (∀ (n : Fin N), tsupport ⇑(g n) ⊆ (V n).carrier) ∧
    EqOn (∑ n, ⇑(g n)) 1 (tsupport f.toFun) ∧
      (∀ (n : Fin N) (x : X), (g n) x ∈ Icc 0 1) ∧ ∀ (n : Fin N), HasCompactSupport ⇑(g n)
⊢ ∫ (x : X), f x ∂μ + 2 * ε' * μ.real K + ε' / ↑N * ∑ n, (|a| + y n + ε') ≤
    ∫ (x : X), f x ∂μ + ε' * (2 * μ.real K + |a| + b + ε')