Theorem: LipschitzWith.ae_lineDifferentiableAt
File: Mathlib/Analysis/Calculus/Rademacher.lean

Proof steps:
state_before: E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
⊢ ∀ᵐ (p : E) ∂μ, LineDifferentiableAt ℝ f p v
state_after: E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
⊢ ∀ᵐ (p : E) ∂μ, LineDifferentiableAt ℝ f p v
tactic: let L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight (1 : ℝ →L[ℝ] ℝ) v
state_before: E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
⊢ ∀ᵐ (p : E) ∂μ, LineDifferentiableAt ℝ f p v
state_after: E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
⊢ ∀ (p : E), ∀ᵐ (t : ℝ), LineDifferentiableAt ℝ f (p + t • v) v
tactic: suffices A : ∀ p, ∀ᵐ (t : ℝ) ∂volume, LineDifferentiableAt ℝ f (p + t • v) v from
    ae_mem_of_ae_add_linearMap_mem L.toLinearMap volume μ
      (measurableSet_lineDifferentiableAt hf.continuous) A
state_before: E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
⊢ ∀ (p : E), ∀ᵐ (t : ℝ), LineDifferentiableAt ℝ f (p + t • v) v
state_after: E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
⊢ ∀ᵐ (t : ℝ), LineDifferentiableAt ℝ f (p + t • v) v
tactic: intro p
state_before: E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
⊢ ∀ᵐ (t : ℝ), LineDifferentiableAt ℝ f (p + t • v) v
state_after: E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
this : ∀ᵐ (s : ℝ), DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
⊢ ∀ᵐ (t : ℝ), LineDifferentiableAt ℝ f (p + t • v) v
tactic: have : ∀ᵐ (s : ℝ), DifferentiableAt ℝ (fun t ↦ f (p + t • v)) s :=
    (hf.comp ((LipschitzWith.const p).add L.lipschitz)).ae_differentiableAt_real
state_before: E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
this : ∀ᵐ (s : ℝ), DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
⊢ ∀ᵐ (t : ℝ), LineDifferentiableAt ℝ f (p + t • v) v
state_after: case h
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s✝ : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
this : ∀ᵐ (s : ℝ), DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
s : ℝ
hs : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
⊢ LineDifferentiableAt ℝ f (p + s • v) v
tactic: filter_upwards [this] with s hs
state_before: case h
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s✝ : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
this : ∀ᵐ (s : ℝ), DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
s : ℝ
hs : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
⊢ LineDifferentiableAt ℝ f (p + s • v) v
state_after: case h
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s✝ : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
this : ∀ᵐ (s : ℝ), DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
s : ℝ
hs : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
h's : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) (s + 0)
⊢ LineDifferentiableAt ℝ f (p + s • v) v
tactic: have h's : DifferentiableAt ℝ (fun t ↦ f (p + t • v)) (s + 0) := by simpa using hs
state_before: case h
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s✝ : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
this : ∀ᵐ (s : ℝ), DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
s : ℝ
hs : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
h's : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) (s + 0)
⊢ LineDifferentiableAt ℝ f (p + s • v) v
state_after: case h
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s✝ : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
this✝ : ∀ᵐ (s : ℝ), DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
s : ℝ
hs : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
h's : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) (s + 0)
this : DifferentiableAt ℝ (fun t => s + t) 0
⊢ LineDifferentiableAt ℝ f (p + s • v) v
tactic: have : DifferentiableAt ℝ (fun t ↦ s + t) 0 := differentiableAt_id.const_add _
state_before: case h
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s✝ : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
this✝ : ∀ᵐ (s : ℝ), DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
s : ℝ
hs : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
h's : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) (s + 0)
this : DifferentiableAt ℝ (fun t => s + t) 0
⊢ LineDifferentiableAt ℝ f (p + s • v) v
state_after: case h
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s✝ : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
this✝ : ∀ᵐ (s : ℝ), DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
s : ℝ
hs : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
h's : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) (s + 0)
this : DifferentiableAt ℝ (fun t => s + t) 0
⊢ DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + s • v + t • v)) 0
tactic: simp only [LineDifferentiableAt]
state_before: case h
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s✝ : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
this✝ : ∀ᵐ (s : ℝ), DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
s : ℝ
hs : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
h's : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) (s + 0)
this : DifferentiableAt ℝ (fun t => s + t) 0
⊢ DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + s • v + t • v)) 0
state_after: case h.e'_9.h
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s✝ : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
this✝ : ∀ᵐ (s : ℝ), DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
s : ℝ
hs : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
h's : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) (s + 0)
this : DifferentiableAt ℝ (fun t => s + t) 0
t : ℝ
⊢ f (p + s • v + t • v) = ((fun t => f (p + t • v)) ∘ HAdd.hAdd s) t
tactic: convert h's.comp 0 this with _ t
state_before: case h.e'_9.h
E : Type u_1
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace ℝ E
inst✝⁵ : FiniteDimensional ℝ E
inst✝⁴ : MeasurableSpace E
inst✝³ : BorelSpace E
F : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
C D : ℝ≥0
f g : E → ℝ
s✝ : Set E
μ : Measure E
inst✝ : μ.IsAddHaarMeasure
hf : LipschitzWith C f
v : E
L : ℝ →L[ℝ] E := ContinuousLinearMap.smulRight 1 v
p : E
this✝ : ∀ᵐ (s : ℝ), DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
s : ℝ
hs : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) s
h's : DifferentiableAt ℝ (fun t => f (p + t • v)) (s + 0)
this : DifferentiableAt ℝ (fun t => s + t) 0
t : ℝ
⊢ f (p + s • v + t • v) = ((fun t => f (p + t • v)) ∘ HAdd.hAdd s) t
state_after: no goals
tactic: simp only [LineDifferentiableAt, add_assoc, Function.comp_apply, add_smul]