Theorem: eventually_singleton_add_smul_subset
File: Mathlib/Analysis/NormedSpace/Pointwise.lean

Proof steps:
state_before: 𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
⊢ ∀ᶠ (r : 𝕜) in 𝓝 0, {x} + r • s ⊆ u
state_after: case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
⊢ ∀ᶠ (r : 𝕜) in 𝓝 0, {x} + r • s ⊆ u
tactic: obtain ⟨ε, εpos, hε⟩ : ∃ ε : ℝ, 0 < ε ∧ closedBall x ε ⊆ u := nhds_basis_closedBall.mem_iff.1 hu
state_before: case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
⊢ ∀ᶠ (r : 𝕜) in 𝓝 0, {x} + r • s ⊆ u
state_after: case intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
⊢ ∀ᶠ (r : 𝕜) in 𝓝 0, {x} + r • s ⊆ u
tactic: obtain ⟨R, Rpos, hR⟩ : ∃ R : ℝ, 0 < R ∧ s ⊆ closedBall 0 R := hs.subset_closedBall_lt 0 0
state_before: case intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
⊢ ∀ᶠ (r : 𝕜) in 𝓝 0, {x} + r • s ⊆ u
state_after: case intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
⊢ ∀ᶠ (r : 𝕜) in 𝓝 0, {x} + r • s ⊆ u
tactic: have : Metric.closedBall (0 : 𝕜) (ε / R) ∈ 𝓝 (0 : 𝕜) := closedBall_mem_nhds _ (div_pos εpos Rpos)
state_before: case intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
⊢ ∀ᶠ (r : 𝕜) in 𝓝 0, {x} + r • s ⊆ u
state_after: case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
⊢ {x} + r • s ⊆ u
tactic: filter_upwards [this] with r hr
state_before: case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
⊢ {x} + r • s ⊆ u
state_after: case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
⊢ (fun x_1 => -x + x_1) ⁻¹' (r • s) ⊆ u
tactic: simp only [image_add_left, singleton_add]
state_before: case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
⊢ (fun x_1 => -x + x_1) ⁻¹' (r • s) ⊆ u
state_after: case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
y : E
hy : y ∈ (fun x_1 => -x + x_1) ⁻¹' (r • s)
⊢ y ∈ u
tactic: intro y hy
state_before: case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
y : E
hy : y ∈ (fun x_1 => -x + x_1) ⁻¹' (r • s)
⊢ y ∈ u
state_after: case h.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
y : E
hy : y ∈ (fun x_1 => -x + x_1) ⁻¹' (r • s)
z : E
zs : z ∈ s
hz : r • z = -x + y
⊢ y ∈ u
tactic: obtain ⟨z, zs, hz⟩ : ∃ z : E, z ∈ s ∧ r • z = -x + y := by simpa [mem_smul_set] using hy
state_before: case h.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
y : E
hy : y ∈ (fun x_1 => -x + x_1) ⁻¹' (r • s)
z : E
zs : z ∈ s
hz : r • z = -x + y
⊢ y ∈ u
state_after: case h.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
y : E
hy : y ∈ (fun x_1 => -x + x_1) ⁻¹' (r • s)
z : E
zs : z ∈ s
hz : r • z = -x + y
I : ‖r • z‖ ≤ ε
⊢ y ∈ u
tactic: have I : ‖r • z‖ ≤ ε :=
    calc
      ‖r • z‖ = ‖r‖ * ‖z‖ := norm_smul _ _
      _ ≤ ε / R * R :=
        (mul_le_mul (mem_closedBall_zero_iff.1 hr) (mem_closedBall_zero_iff.1 (hR zs))
          (norm_nonneg _) (div_pos εpos Rpos).le)
      _ = ε := by field_simp
state_before: case h.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
y : E
hy : y ∈ (fun x_1 => -x + x_1) ⁻¹' (r • s)
z : E
zs : z ∈ s
hz : r • z = -x + y
I : ‖r • z‖ ≤ ε
⊢ y ∈ u
state_after: case h.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this✝ : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
y : E
hy : y ∈ (fun x_1 => -x + x_1) ⁻¹' (r • s)
z : E
zs : z ∈ s
hz : r • z = -x + y
I : ‖r • z‖ ≤ ε
this : y = x + r • z
⊢ y ∈ u
tactic: have : y = x + r • z := by simp only [hz, add_neg_cancel_left]
state_before: case h.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this✝ : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
y : E
hy : y ∈ (fun x_1 => -x + x_1) ⁻¹' (r • s)
z : E
zs : z ∈ s
hz : r • z = -x + y
I : ‖r • z‖ ≤ ε
this : y = x + r • z
⊢ y ∈ u
state_after: case h.intro.intro.a
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this✝ : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
y : E
hy : y ∈ (fun x_1 => -x + x_1) ⁻¹' (r • s)
z : E
zs : z ∈ s
hz : r • z = -x + y
I : ‖r • z‖ ≤ ε
this : y = x + r • z
⊢ y ∈ closedBall x ε
tactic: apply hε
state_before: case h.intro.intro.a
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : NormedField 𝕜
inst✝¹ : SeminormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
x : E
s : Set E
hs : Bornology.IsBounded s
u : Set E
hu : u ∈ 𝓝 x
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ u
R : ℝ
Rpos : 0 < R
hR : s ⊆ closedBall 0 R
this✝ : closedBall 0 (ε / R) ∈ 𝓝 0
r : 𝕜
hr : r ∈ closedBall 0 (ε / R)
y : E
hy : y ∈ (fun x_1 => -x + x_1) ⁻¹' (r • s)
z : E
zs : z ∈ s
hz : r • z = -x + y
I : ‖r • z‖ ≤ ε
this : y = x + r • z
⊢ y ∈ closedBall x ε
state_after: no goals
tactic: simpa only [this, dist_eq_norm, add_sub_cancel_left, mem_closedBall] using I