Theorem: MeasureTheory.exists_lt_lowerSemicontinuous_integral_gt_nnreal
File: Mathlib/MeasureTheory/Integral/VitaliCaratheodory.lean

Proof steps:
state_before: α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ε
state_after: α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
fmeas : AEMeasurable f μ
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ε
tactic: have fmeas : AEMeasurable f μ := by
    convert fint.aestronglyMeasurable.real_toNNReal.aemeasurable
    simp only [Real.toNNReal_coe]
state_before: α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
ε : ℝ
εpos : 0 < ε
fmeas : AEMeasurable f μ
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ε
state_after: case intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
tactic: lift ε to ℝ≥0 using εpos.le
state_before: case intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
state_after: case intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
tactic: obtain ⟨δ, δpos, hδε⟩ : ∃ δ : ℝ≥0, 0 < δ ∧ δ < ε := exists_between εpos
state_before: case intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
state_after: case intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
tactic: have int_f_ne_top : (∫⁻ a : α, f a ∂μ) ≠ ∞ :=
    (hasFiniteIntegral_iff_ofNNReal.1 fint.hasFiniteIntegral).ne
state_before: case intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
tactic: rcases exists_lt_lowerSemicontinuous_lintegral_ge_of_aemeasurable μ f fmeas
      (ENNReal.coe_ne_zero.2 δpos.ne') with
    ⟨g, f_lt_g, gcont, gint⟩
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
tactic: have gint_ne : (∫⁻ x : α, g x ∂μ) ≠ ∞ := ne_top_of_le_ne_top (by simpa) gint
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
tactic: have g_lt_top : ∀ᵐ x : α ∂μ, g x < ∞ := ae_lt_top gcont.measurable gint_ne
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
Ig : ∫⁻ (a : α), ENNReal.ofReal (g a).toReal ∂μ = ∫⁻ (a : α), g a ∂μ
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
tactic: have Ig : (∫⁻ a : α, ENNReal.ofReal (g a).toReal ∂μ) = ∫⁻ a : α, g a ∂μ := by
    apply lintegral_congr_ae
    filter_upwards [g_lt_top] with _ hx
    simp only [hx.ne, ENNReal.ofReal_toReal, Ne, not_false_iff]
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
Ig : ∫⁻ (a : α), ENNReal.ofReal (g a).toReal ∂μ = ∫⁻ (a : α), g a ∂μ
⊢ ∃ g,
    (∀ (x : α), ↑(f x) < g x) ∧
      LowerSemicontinuous g ∧
        (∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤) ∧
          Integrable (fun x => (g x).toReal) μ ∧ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_1
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
Ig : ∫⁻ (a : α), ENNReal.ofReal (g a).toReal ∂μ = ∫⁻ (a : α), g a ∂μ
⊢ Integrable (fun x => (g x).toReal) μ

case intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_2
α : Type u_1
inst✝⁴ : TopologicalSpace α
inst✝³ : MeasurableSpace α
inst✝² : BorelSpace α
μ : Measure α
inst✝¹ : μ.WeaklyRegular
inst✝ : SigmaFinite μ
f : α → ℝ≥0
fint : Integrable (fun x => ↑(f x)) μ
fmeas : AEMeasurable f μ
ε : ℝ≥0
εpos : 0 < ↑ε
δ : ℝ≥0
δpos : 0 < δ
hδε : δ < ε
int_f_ne_top : ∫⁻ (a : α), ↑(f a) ∂μ ≠ ⊤
g : α → ℝ≥0∞
f_lt_g : ∀ (x : α), ↑(f x) < g x
gcont : LowerSemicontinuous g
gint : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≤ ∫⁻ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑δ
gint_ne : ∫⁻ (x : α), g x ∂μ ≠ ⊤
g_lt_top : ∀ᵐ (x : α) ∂μ, g x < ⊤
Ig : ∫⁻ (a : α), ENNReal.ofReal (g a).toReal ∂μ = ∫⁻ (a : α), g a ∂μ
⊢ ∫ (x : α), (g x).toReal ∂μ < ∫ (x : α), ↑(f x) ∂μ + ↑ε
tactic: refine ⟨g, f_lt_g, gcont, g_lt_top, ?_, ?_⟩