zzhisthebest/LeanBenchmark huggingface dataset:
import Mathlib
import Optlib


open Set

theorem extracted_formal_statement_2.{u_1} {E : Type u_1} [inst : NormedAddCommGroup E] [inst_1 : InnerProductSpace ℝ E]
  [inst_2 : CompleteSpace E] {f : E → ℝ} {m : ℝ} {f' : E → E} {x_1 y : E} {l : NNReal} (mp : m > 0)
  (hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x) (h₂ : LipschitzWith l f') (hl : ↑l > 0) (cov : Convex ℝ univ)
  (hsc :
    ∀ ⦃x : E⦄,
      x ∈ univ →
        ∀ ⦃y : E⦄,
          y ∈ univ →
            ∀ ⦃a b : ℝ⦄,
              0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)) :
  let phi := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x;
  ConvexOn ℝ univ phi →
    let g := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2;
    let g' := fun x => f' x - m • x;
    ∀ (x : E), HasGradientAt g (g' x) x → x ∈ univ := sorry

Tactic state before:
E : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → ℝ
m : ℝ
f' : E → E
x✝ y : E
l : NNReal
mp : m > 0
hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x
h₂ : LipschitzWith l f'
hl : ↑l > 0
cov : Convex ℝ univ
hsc :
  ∀ ⦃x : E⦄,
    x ∈ univ →
      ∀ ⦃y : E⦄,
        y ∈ univ →
          ∀ ⦃a b : ℝ⦄, 0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)
phi : E → ℝ := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x
convphi : ConvexOn ℝ univ phi
g : E → ℝ := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2
g' : E → E := fun x => f' x - m • x
h : E → ℝ := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x
x : E
⊢ HasGradientAt g (g' x) x

Tactic:
apply sub_normsquare_gradient
    show ∀ x ∈ univ, HasGradientAt f (f' x) x
    simp

Tactic state after:
[case hf
 E : Type u_1
 inst✝² : NormedAddCommGroup E
 inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
 inst✝ : CompleteSpace E
 f : E → ℝ
 m : ℝ
 f' : E → E
 x✝ y : E
 l : NNReal
 mp : m > 0
 hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x
 h₂ : LipschitzWith l f'
 hl : ↑l > 0
 cov : Convex ℝ univ
 hsc :
   ∀ ⦃x : E⦄,
     x ∈ univ →
       ∀ ⦃y : E⦄,
         y ∈ univ →
           ∀ ⦃a b : ℝ⦄,
             0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)
 phi : E → ℝ := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x
 convphi : ConvexOn ℝ univ phi
 g : E → ℝ := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2
 g' : E → E := fun x => f' x - m • x
 h : E → ℝ := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x
 x : E
 ⊢ ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x,
 case a
 E : Type u_1
 inst✝² : NormedAddCommGroup E
 inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
 inst✝ : CompleteSpace E
 f : E → ℝ
 m : ℝ
 f' : E → E
 x✝ y : E
 l : NNReal
 mp : m > 0
 hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x
 h₂ : LipschitzWith l f'
 hl : ↑l > 0
 cov : Convex ℝ univ
 hsc :
   ∀ ⦃x : E⦄,
     x ∈ univ →
       ∀ ⦃y : E⦄,
         y ∈ univ →
           ∀ ⦃a b : ℝ⦄,
             0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)
 phi : E → ℝ := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x
 convphi : ConvexOn ℝ univ phi
 g : E → ℝ := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2
 g' : E → E := fun x => f' x - m • x
 h : E → ℝ := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x
 x : E
 ⊢ x ∈ univ]
import Mathlib
import Optlib


open Set

theorem extracted_formal_statement_3.{u_1} {E : Type u_1} [inst : NormedAddCommGroup E] [inst_1 : InnerProductSpace ℝ E]
  [inst_2 : CompleteSpace E] {f : E → ℝ} {m : ℝ} {f' : E → E} {x_1 y_1 : E} {l : NNReal} (mp : m > 0)
  (hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x) (h₂ : LipschitzWith l f') (hl : ↑l > 0) (cov : Convex ℝ univ)
  (hsc :
    ∀ ⦃x : E⦄,
      x ∈ univ →
        ∀ ⦃y : E⦄,
          y ∈ univ →
            ∀ ⦃a b : ℝ⦄,
              0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)) :
  let phi := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x;
  ConvexOn ℝ univ phi →
    let g := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2;
    let g' := fun x => f' x - m • x;
    let h := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x;
    (∀ (x : E), HasGradientAt g (g' x) x) →
      ConvexOn ℝ univ g →
        (∀ (x : E), h x = phi x) →
          ∀ ⦃x : E⦄,
            x ∈ univ →
              ∀ ⦃y : E⦄,
                y ∈ univ → ∀ ⦃a b : ℝ⦄, 0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → h (a • x + b • y) ≤ a • h x + b • h y := sorry

Tactic state before:
case right
E : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → ℝ
m : ℝ
f' : E → E
x✝ y✝ : E
l : NNReal
mp : m > 0
hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x
h₂ : LipschitzWith l f'
hl : ↑l > 0
cov : Convex ℝ univ
hsc :
  ∀ ⦃x : E⦄,
    x ∈ univ →
      ∀ ⦃y : E⦄,
        y ∈ univ →
          ∀ ⦃a b : ℝ⦄, 0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)
phi : E → ℝ := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x
convphi : ConvexOn ℝ univ phi
g : E → ℝ := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2
g' : E → E := fun x => f' x - m • x
h : E → ℝ := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x
gderiv : ∀ (x : E), HasGradientAt g (g' x) x
convg : ConvexOn ℝ univ g
this : ∀ (x : E), h x = phi x
x : E
xin : x ∈ univ
y : E
yin : y ∈ univ
a b : ℝ
apos : 0 ≤ a
bpos : 0 ≤ b
absum1 : a + b = 1
⊢ h (a • x + b • y) ≤ a • h x + b • h y

Tactic:
rw [this, this, this]
    rw [ConvexOn] at convphi
    apply convphi.2 xin yin apos bpos absum1

Tactic state after:
import Mathlib
import Optlib


open Set

theorem extracted_formal_statement_6.{u_1} {E : Type u_1} [inst : NormedAddCommGroup E] [inst_1 : InnerProductSpace ℝ E]
  [inst_2 : CompleteSpace E] {f : E → ℝ} {m : ℝ} {f' : E → E} {x y : E} {l : NNReal} (mp : m > 0)
  (hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x) (h₂ : LipschitzWith l f') (hl : ↑l > 0) (cov : Convex ℝ univ)
  (hsc :
    ∀ ⦃x : E⦄,
      x ∈ univ →
        ∀ ⦃y : E⦄,
          y ∈ univ →
            ∀ ⦃a b : ℝ⦄,
              0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)) :
  let phi := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x;
  ConvexOn ℝ univ phi →
    let g := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2;
    let g' := fun x => f' x - m • x;
    let h := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x;
    (∀ (x : E), HasGradientAt g (g' x) x) →
      ConvexOn ℝ univ g →
        ConvexOn ℝ univ h →
          0 < ↑l - m →
            inner (g' x - g' y) (x - y) ≥ 1 / (↑l - m) * ‖g' x - g' y‖ ^ 2 →
              let alpha := f' x - f' y;
              let beta := x - y;
              g' x - g' y = alpha - m • beta → f' x - m • x - f' y + m • y = alpha - m • x + m • y := sorry

Tactic state before:
E : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → ℝ
m : ℝ
f' : E → E
x y : E
l : NNReal
mp : m > 0
hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x
h₂ : LipschitzWith l f'
hl : ↑l > 0
cov : Convex ℝ univ
hsc :
  ∀ ⦃x : E⦄,
    x ∈ univ →
      ∀ ⦃y : E⦄,
        y ∈ univ →
          ∀ ⦃a b : ℝ⦄, 0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)
phi : E → ℝ := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x
convphi : ConvexOn ℝ univ phi
g : E → ℝ := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2
g' : E → E := fun x => f' x - m • x
h : E → ℝ := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x
gderiv : ∀ (x : E), HasGradientAt g (g' x) x
convg : ConvexOn ℝ univ g
convh : ConvexOn ℝ univ h
coef : 0 < ↑l - m
eq1 : inner (g' x - g' y) (x - y) ≥ 1 / (↑l - m) * ‖g' x - g' y‖ ^ 2
alpha : E := f' x - f' y
beta : E := x - y
⊢ g' x - g' y = alpha - m • beta

Tactic:
simp [g']
    rw [smul_sub]
    rw [← sub_add, ← sub_add]

Tactic state after:
[E : Type u_1
 inst✝² : NormedAddCommGroup E
 inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
 inst✝ : CompleteSpace E
 f : E → ℝ
 m : ℝ
 f' : E → E
 x y : E
 l : NNReal
 mp : m > 0
 hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x
 h₂ : LipschitzWith l f'
 hl : ↑l > 0
 cov : Convex ℝ univ
 hsc :
   ∀ ⦃x : E⦄,
     x ∈ univ →
       ∀ ⦃y : E⦄,
         y ∈ univ →
           ∀ ⦃a b : ℝ⦄,
             0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)
 phi : E → ℝ := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x
 convphi : ConvexOn ℝ univ phi
 g : E → ℝ := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2
 g' : E → E := fun x => f' x - m • x
 h : E → ℝ := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x
 gderiv : ∀ (x : E), HasGradientAt g (g' x) x
 convg : ConvexOn ℝ univ g
 convh : ConvexOn ℝ univ h
 coef : 0 < ↑l - m
 eq1 : inner (g' x - g' y) (x - y) ≥ 1 / (↑l - m) * ‖g' x - g' y‖ ^ 2
 alpha : E := f' x - f' y
 beta : E := x - y
 ⊢ f' x - m • x - f' y + m • y = alpha - m • x + m • y]
import Mathlib
import Optlib


open Set

theorem extracted_formal_statement_8.{u_1} {E : Type u_1} [inst : NormedAddCommGroup E] [inst_1 : InnerProductSpace ℝ E]
  [inst_2 : CompleteSpace E] {f : E → ℝ} {m : ℝ} {f' : E → E} {x y : E} {l : NNReal} (mp : m > 0)
  (hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x) (h₂ : LipschitzWith l f') (hl : ↑l > 0) (cov : Convex ℝ univ)
  (hsc :
    ∀ ⦃x : E⦄,
      x ∈ univ →
        ∀ ⦃y : E⦄,
          y ∈ univ →
            ∀ ⦃a b : ℝ⦄,
              0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)) :
  let phi := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x;
  ConvexOn ℝ univ phi →
    let g := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2;
    let g' := fun x => f' x - m • x;
    let h := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x;
    (∀ (x : E), HasGradientAt g (g' x) x) →
      ConvexOn ℝ univ g →
        ConvexOn ℝ univ h →
          0 < ↑l - m →
            let alpha := f' x - f' y;
            let beta := x - y;
            inner (alpha - m • beta) (x - y) ≥ 1 / (↑l - m) * ‖alpha - m • beta‖ ^ 2 →
              g' x - g' y = alpha - m • beta →
                (∀ (u v : E),
                    inner (u - m • v) v ≥ 1 / (↑l - m) * ‖u - m • v‖ ^ 2 →
                      inner u v ≥ m * ↑l / (m + ↑l) * ‖v‖ ^ 2 + 1 / (m + ↑l) * ‖u‖ ^ 2) →
                  inner alpha beta ≥ m * ↑l / (m + ↑l) * ‖beta‖ ^ 2 + 1 / (m + ↑l) * ‖alpha‖ ^ 2 := sorry

Tactic state before:
case pos
E : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → ℝ
m : ℝ
f' : E → E
x y : E
l : NNReal
mp : m > 0
hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x
h₂ : LipschitzWith l f'
hl : ↑l > 0
cov : Convex ℝ univ
hsc :
  ∀ ⦃x : E⦄,
    x ∈ univ →
      ∀ ⦃y : E⦄,
        y ∈ univ →
          ∀ ⦃a b : ℝ⦄, 0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)
phi : E → ℝ := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x
convphi : ConvexOn ℝ univ phi
g : E → ℝ := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2
g' : E → E := fun x => f' x - m • x
h : E → ℝ := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x
gderiv : ∀ (x : E), HasGradientAt g (g' x) x
convg : ConvexOn ℝ univ g
convh : ConvexOn ℝ univ h
coef : 0 < ↑l - m
alpha : E := f' x - f' y
beta : E := x - y
eq1 : inner (alpha - m • beta) (x - y) ≥ 1 / (↑l - m) * ‖alpha - m • beta‖ ^ 2
eq2 : g' x - g' y = alpha - m • beta
eq3 :
  ∀ (u v : E),
    inner (u - m • v) v ≥ 1 / (↑l - m) * ‖u - m • v‖ ^ 2 →
      inner u v ≥ m * ↑l / (m + ↑l) * ‖v‖ ^ 2 + 1 / (m + ↑l) * ‖u‖ ^ 2
⊢ inner alpha beta ≥ m * ↑l / (m + ↑l) * ‖beta‖ ^ 2 + 1 / (m + ↑l) * ‖alpha‖ ^ 2

Tactic:
apply eq3
    show inner (alpha - m • beta) (x - y) ≥ 1 / (l - m) * ‖alpha - m • beta‖ ^ 2
    apply eq1

Tactic state after:
import Mathlib
import Optlib


open Set

theorem extracted_formal_statement_15.{u_1} {E : Type u_1} [inst : NormedAddCommGroup E] [inst_1 : InnerProductSpace ℝ E]
  [inst_2 : CompleteSpace E] {f : E → ℝ} {m : ℝ} {f' : E → E} {x y : E} {l : NNReal} (mp : m > 0)
  (hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x) (h₂ : LipschitzWith l f') (hl : ↑l > 0) (cov : Convex ℝ univ)
  (hsc :
    ∀ ⦃x : E⦄,
      x ∈ univ →
        ∀ ⦃y : E⦄,
          y ∈ univ →
            ∀ ⦃a b : ℝ⦄,
              0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)) :
  let phi := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x;
  ConvexOn ℝ univ phi →
    let g := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2;
    let g' := fun x => f' x - m • x;
    let h := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x;
    (∀ (x : E), HasGradientAt g (g' x) x) →
      ConvexOn ℝ univ g →
        ConvexOn ℝ univ h →
          ¬0 < ↑l - m →
            let alpha := f' x - f' y;
            let beta := x - y;
            m * ‖beta‖ ^ 2 ≤ inner alpha beta →
              1 / ↑l * ‖alpha‖ ^ 2 ≤ inner alpha beta →
                0 < m + ↑l →
                  ∀ (u v : E),
                    m * ‖v‖ ^ 2 ≤ inner u v → 1 / ↑l * ‖u‖ ^ 2 ≤ inner u v → m * m * ‖v‖ ^ 2 ≤ m * inner u v := sorry

Tactic state before:
E : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → ℝ
m : ℝ
f' : E → E
x y : E
l : NNReal
mp : m > 0
hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x
h₂ : LipschitzWith l f'
hl : ↑l > 0
cov : Convex ℝ univ
hsc :
  ∀ ⦃x : E⦄,
    x ∈ univ →
      ∀ ⦃y : E⦄,
        y ∈ univ →
          ∀ ⦃a b : ℝ⦄, 0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)
phi : E → ℝ := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x
convphi : ConvexOn ℝ univ phi
g : E → ℝ := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2
g' : E → E := fun x => f' x - m • x
h : E → ℝ := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x
gderiv : ∀ (x : E), HasGradientAt g (g' x) x
convg : ConvexOn ℝ univ g
convh : ConvexOn ℝ univ h
coef : ¬0 < ↑l - m
alpha : E := f' x - f' y
beta : E := x - y
eq1 : m * ‖beta‖ ^ 2 ≤ inner alpha beta
eq2 : 1 / ↑l * ‖alpha‖ ^ 2 ≤ inner alpha beta
mlpos : 0 < m + ↑l
u v : E
h1 : m * ‖v‖ ^ 2 ≤ inner u v
h2 : 1 / ↑l * ‖u‖ ^ 2 ≤ inner u v
⊢ m * m * ‖v‖ ^ 2 ≤ m * inner u v

Tactic:
rw [mul_assoc, mul_le_mul_left]
    apply h1
    apply mp

Tactic state after:
import Mathlib
import Optlib


open Set

theorem extracted_formal_statement_16.{u_1} {E : Type u_1} [inst : NormedAddCommGroup E] [inst_1 : InnerProductSpace ℝ E]
  [inst_2 : CompleteSpace E] {f : E → ℝ} {m : ℝ} {f' : E → E} {x y : E} {l : NNReal} (mp : m > 0)
  (hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x) (h₂ : LipschitzWith l f') (hl : ↑l > 0) (cov : Convex ℝ univ)
  (hsc :
    ∀ ⦃x : E⦄,
      x ∈ univ →
        ∀ ⦃y : E⦄,
          y ∈ univ →
            ∀ ⦃a b : ℝ⦄,
              0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)) :
  let phi := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x;
  ConvexOn ℝ univ phi →
    let g := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2;
    let g' := fun x => f' x - m • x;
    let h := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x;
    (∀ (x : E), HasGradientAt g (g' x) x) →
      ConvexOn ℝ univ g →
        ConvexOn ℝ univ h →
          ¬0 < ↑l - m →
            let alpha := f' x - f' y;
            let beta := x - y;
            m * ‖beta‖ ^ 2 ≤ inner alpha beta →
              1 / ↑l * ‖alpha‖ ^ 2 ≤ inner alpha beta →
                0 < m + ↑l →
                  (∀ (u v : E),
                      m * ‖v‖ ^ 2 ≤ inner u v →
                        1 / ↑l * ‖u‖ ^ 2 ≤ inner u v →
                          inner u v ≥ m * ↑l / (m + ↑l) * ‖v‖ ^ 2 + 1 / (m + ↑l) * ‖u‖ ^ 2) →
                    inner alpha beta ≥ m * ↑l / (m + ↑l) * ‖beta‖ ^ 2 + 1 / (m + ↑l) * ‖alpha‖ ^ 2 := sorry

Tactic state before:
case neg
E : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → ℝ
m : ℝ
f' : E → E
x y : E
l : NNReal
mp : m > 0
hf : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x
h₂ : LipschitzWith l f'
hl : ↑l > 0
cov : Convex ℝ univ
hsc :
  ∀ ⦃x : E⦄,
    x ∈ univ →
      ∀ ⦃y : E⦄,
        y ∈ univ →
          ∀ ⦃a b : ℝ⦄, 0 ≤ a → 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a • f x + b • f y - a * b * (m / 2 * ‖x - y‖ ^ 2)
phi : E → ℝ := fun x => ↑l / 2 * ‖x‖ ^ 2 - f x
convphi : ConvexOn ℝ univ phi
g : E → ℝ := fun x => f x - m / 2 * ‖x‖ ^ 2
g' : E → E := fun x => f' x - m • x
h : E → ℝ := fun x => (↑l - m) / 2 * ‖x‖ ^ 2 - g x
gderiv : ∀ (x : E), HasGradientAt g (g' x) x
convg : ConvexOn ℝ univ g
convh : ConvexOn ℝ univ h
coef : ¬0 < ↑l - m
alpha : E := f' x - f' y
beta : E := x - y
eq1 : m * ‖beta‖ ^ 2 ≤ inner alpha beta
eq2 : 1 / ↑l * ‖alpha‖ ^ 2 ≤ inner alpha beta
mlpos : 0 < m + ↑l
eq3 :
  ∀ (u v : E),
    m * ‖v‖ ^ 2 ≤ inner u v →
      1 / ↑l * ‖u‖ ^ 2 ≤ inner u v → inner u v ≥ m * ↑l / (m + ↑l) * ‖v‖ ^ 2 + 1 / (m + ↑l) * ‖u‖ ^ 2
⊢ inner alpha beta ≥ m * ↑l / (m + ↑l) * ‖beta‖ ^ 2 + 1 / (m + ↑l) * ‖alpha‖ ^ 2

Tactic:
apply eq3
    apply eq2
    apply eq1

Tactic state after:
import Mathlib
import Optlib


open Set

theorem extracted_formal_statement_17.{u_1} {E : Type u_1} [inst : NormedAddCommGroup E] [inst_1 : InnerProductSpace ℝ E]
  [inst_2 : CompleteSpace E] {f : E → ℝ} {f' : E → E} {xm : E} {l : NNReal} (h₁ : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x)
  (h₂ : LipschitzWith l f') (min : IsMinOn f univ xm) (hl : ↑l > 0) (eq1 : ‖f' xm‖ ^ 2 / (2 * ↑l) ≤ 0)
  (x : 0 < 2 * ↑l) : 0 ≤ ‖f' xm‖ ^ 2 / (2 * ↑l) := sorry

Tactic state before:
E : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → ℝ
f' : E → E
xm : E
l : NNReal
h₁ : ∀ (x : E), HasGradientAt f (f' x) x
h₂ : LipschitzWith l f'
min : IsMinOn f univ xm
hl : ↑l > 0
eq1 : ‖f' xm‖ ^ 2 / (2 * ↑l) ≤ 0
x✝ : 0 < 2 * ↑l
⊢ 0 ≤ ‖f' xm‖ ^ 2 / (2 * ↑l)

Tactic:
apply div_nonneg
    simp
    linarith

Tactic state after:
import Mathlib
import Optlib


open Set

theorem extracted_formal_statement_19.{u_1} {E : Type u_1} [inst : NormedAddCommGroup E] [inst_1 : InnerProductSpace ℝ E]
  [inst_2 : CompleteSpace E] {f : E → ℝ} {m : ℝ} {f' : E → E} {xm x₀ : E} {alg : Gradient_Descent_fix_stepsize f f' x₀}
  (hm : m > 0) (min : IsMinOn f univ xm)
  (step₂ : Gradient_Descent_fix_stepsize.a f f' x₀ ≤ 2 / (m + ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀)))
  (hsc : StrongConvexOn univ m f) (this_1 : LipschitzWith (Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀) f')
  (this : ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀) > 0) (k : ℕ) :
  f' (Gradient_Descent_fix_stepsize.x f f' x₀ k) = f' (Gradient_Descent_fix_stepsize.x f f' x₀ k) - f' xm := sorry

Tactic state before:
E : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → ℝ
m : ℝ
f' : E → E
xm x₀ : E
alg : Gradient_Descent_fix_stepsize f f' x₀
hm : m > 0
min : IsMinOn f univ xm
step₂ : Gradient_Descent_fix_stepsize.a f f' x₀ ≤ 2 / (m + ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀))
hsc : StrongConvexOn univ m f
this✝ : LipschitzWith (Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀) f'
this : ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀) > 0
k : ℕ
⊢ f' (Gradient_Descent_fix_stepsize.x f f' x₀ k) = f' (Gradient_Descent_fix_stepsize.x f f' x₀ k) - f' xm

Tactic:
apply eq_sub_of_add_eq
    simp
    apply lipschitz_derivxm_eq_zero alg.diff alg.smooth min this

Tactic state after:
import Mathlib
import Optlib


open Set

theorem extracted_formal_statement_28.{u_1} {E : Type u_1} [inst : NormedAddCommGroup E] [inst_1 : InnerProductSpace ℝ E]
  [inst_2 : CompleteSpace E] {f : E → ℝ} {m : ℝ} {f' : E → E} {xm x₀ : E} {alg : Gradient_Descent_fix_stepsize f f' x₀}
  (hm : m > 0) (min : IsMinOn f univ xm)
  (step₂ : Gradient_Descent_fix_stepsize.a f f' x₀ ≤ 2 / (m + ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀)))
  (hsc : StrongConvexOn univ m f) (this_1 : LipschitzWith (Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀) f')
  (this_2 : ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀) > 0)
  (reduction :
    ∀ (k : ℕ),
      ‖Gradient_Descent_fix_stepsize.x f f' x₀ (k + 1) - xm‖ ^ 2 ≤
        (1 -
            Gradient_Descent_fix_stepsize.a f f' x₀ *
              (2 * m * ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀) / (m + ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀)))) *
          ‖Gradient_Descent_fix_stepsize.x f f' x₀ k - xm‖ ^ 2)
  (this : 0 < m + ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀)) :
  Gradient_Descent_fix_stepsize.a f f' x₀ * (2 * m * ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀)) ≤
    2 / (m + ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀)) * (2 * m * ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀)) := sorry

Tactic state before:
E : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → ℝ
m : ℝ
f' : E → E
xm x₀ : E
alg : Gradient_Descent_fix_stepsize f f' x₀
hm : m > 0
min : IsMinOn f univ xm
step₂ : Gradient_Descent_fix_stepsize.a f f' x₀ ≤ 2 / (m + ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀))
hsc : StrongConvexOn univ m f
this✝¹ : LipschitzWith (Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀) f'
this✝ : ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀) > 0
reduction :
  ∀ (k : ℕ),
    ‖Gradient_Descent_fix_stepsize.x f f' x₀ (k + 1) - xm‖ ^ 2 ≤
      (1 -
          Gradient_Descent_fix_stepsize.a f f' x₀ *
            (2 * m * ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀) / (m + ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀)))) *
        ‖Gradient_Descent_fix_stepsize.x f f' x₀ k - xm‖ ^ 2
this : 0 < m + ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀)
⊢ Gradient_Descent_fix_stepsize.a f f' x₀ * (2 * m * ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀)) ≤
    2 / (m + ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀)) * (2 * m * ↑(Gradient_Descent_fix_stepsize.l f f' x₀))

Tactic:
rw [mul_le_mul_right]
    linarith [step₂, alg.step₁]
    (apply mul_pos) <;> linarith

Tactic state after:
import Mathlib
import Optlib


open Set Finset

open InnerProductSpace Set

theorem extracted_formal_statement_0.{u_1} {E : Type u_1} {xm : E} {f : E → ℝ} {g : ℕ → E}
  (mono : ∀ (k : ℕ), f (g (k + 1)) ≤ f (g k)) (j : ℕ)
  (a : f (g (j + 1)) - f xm ≤ (∑ k ∈ Finset.range (j + 1), (f (g (k + 1)) - f xm)) / (↑j + 1))
  (h_original_goal :
    (∑ k ∈ Finset.range (j.succ + 1), f (g (k + 1))) / (↑j.succ + 1) =
      (∑ k ∈ Finset.range (j.succ + 1), f (g (k + 1))) / (↑j + 2) - f xm * 1 + f xm) :
  (∑ x ∈ Finset.range (2 + j), f (g (x + 1))) / (↑j + 1 + 1) =
    (∑ x ∈ Finset.range (2 + j), f (g (x + 1))) / (↑j + 2) := sorry

Tactic state before:
E : Type u_1
xm : E
f : E → ℝ
g : ℕ → E
mono : ∀ (k : ℕ), f (g (k + 1)) ≤ f (g k)
j : ℕ
a✝ : f (g (j + 1)) - f xm ≤ (∑ k ∈ Finset.range (j + 1), (f (g (k + 1)) - f xm)) / (↑j + 1)
⊢ (∑ k ∈ Finset.range (j.succ + 1), f (g (k + 1))) / (↑j.succ + 1) =
    (∑ k ∈ Finset.range (j.succ + 1), f (g (k + 1))) / (↑j + 2) - f xm * 1 + f xm

Tactic:
rw [Nat.succ_eq_add_one j]
    simp
    ring_nf

Tactic state after:
[E : Type u_1
 xm : E
 f : E → ℝ
 g : ℕ → E
 mono : ∀ (k : ℕ), f (g (k + 1)) ≤ f (g k)
 j : ℕ
 a✝ : f (g (j + 1)) - f xm ≤ (∑ k ∈ Finset.range (j + 1), (f (g (k + 1)) - f xm)) / (↑j + 1)
 ⊢ (∑ x ∈ Finset.range (2 + j), f (g (x + 1))) / (↑j + 1 + 1) = (∑ x ∈ Finset.range (2 + j), f (g (x + 1))) / (↑j + 2)]
import Mathlib
import Optlib


open Set Finset

open InnerProductSpace Set

theorem extracted_formal_statement_1.{u_1} {E : Type u_1} [inst : NormedAddCommGroup E] [inst_1 : InnerProductSpace ℝ E]
  [inst_2 : CompleteSpace E] {f : E → ℝ} {f' : E → E} {l : NNReal} {a : ℝ} (h₁ : ∀ (x₁ : E), HasGradientAt f (f' x₁) x₁)
  (h₂ : ↑l > 0) (ha₁ : ↑l ≤ 1 / a) (ha₂ : a > 0) (h₃ : LipschitzWith l f') (x : E)
  (h_original_goal :
    f x + ⟪f' x, x - a • f' x - x⟫_ℝ + ↑l / 2 * ‖x - a • f' x - x‖ ^ 2 = f x + (↑l / 2 * a * a - a) * ‖f' x‖ ^ 2) :
  f x - ⟪f' x, a • f' x⟫_ℝ + ↑l * ‖a • f' x‖ ^ 2 * 2⁻¹ = f x + (↑l * a ^ 2 * ‖f' x‖ ^ 2 * 2⁻¹ - a * ‖f' x‖ ^ 2) := sorry

Tactic state before:
E : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → ℝ
f' : E → E
l : NNReal
a : ℝ
h₁ : ∀ (x₁ : E), HasGradientAt f (f' x₁) x₁
h₂ : ↑l > 0
ha₁ : ↑l ≤ 1 / a
ha₂ : a > 0
h₃ : LipschitzWith l f'
x : E
⊢ f x + ⟪f' x, x - a • f' x - x⟫_ℝ + ↑l / 2 * ‖x - a • f' x - x‖ ^ 2 = f x + (↑l / 2 * a * a - a) * ‖f' x‖ ^ 2

Tactic:
simp
    ring_nf
    simp

Tactic state after:
[E : Type u_1
 inst✝² : NormedAddCommGroup E
 inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
 inst✝ : CompleteSpace E
 f : E → ℝ
 f' : E → E
 l : NNReal
 a : ℝ
 h₁ : ∀ (x₁ : E), HasGradientAt f (f' x₁) x₁
 h₂ : ↑l > 0
 ha₁ : ↑l ≤ 1 / a
 ha₂ : a > 0
 h₃ : LipschitzWith l f'
 x : E
 ⊢ f x - ⟪f' x, a • f' x⟫_ℝ + ↑l * ‖a • f' x‖ ^ 2 * 2⁻¹ = f x + (↑l * a ^ 2 * ‖f' x‖ ^ 2 * 2⁻¹ - a * ‖f' x‖ ^ 2)]