import Mathlib
import Optlib


open Set Real

open Set Real PNat

theorem extracted_formal_statement_3.{u_1} {E : Type u_1} [inst : NormedAddCommGroup E] [inst_1 : InnerProductSpace ℝ E]
  [inst_2 : CompleteSpace E] {f h : E → ℝ} {f' : E → E} {x0 : E} {alg : Nesterov_first f h f' x0} {xm : E}
  (minφ : IsMinOn (f + h) univ xm)
  (h1 :
    ∀ (k : ℕ),
      Nesterov_first.y f h f' x0 k - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) -
          Nesterov_first.t f h f' x0 k • f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k) ∈
        SubderivAt (Nesterov_first.t f h f' x0 k • h) (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)))
  (hieq1 :
    ∀ (z : E) (k : ℕ),
      Nesterov_first.t f h f' x0 k * h (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) +
          inner
            (Nesterov_first.y f h f' x0 k - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) -
              Nesterov_first.t f h f' x0 k • f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k))
            (z - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) ≤
        Nesterov_first.t f h f' x0 k * h z)
  (hieq2 :
    ∀ (z : E) (k : ℕ),
      h (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) ≤
        h z +
          inner
            (f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k) +
              (1 / Nesterov_first.t f h f' x0 k) • (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) - Nesterov_first.y f h f' x0 k))
            (z - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)))
  (k : ℕ) (x y : E)
  (h_original_goal :
    f y + inner (f' y) (x - y) + ↑(Nesterov_first.l f h f' x0) / 2 * ‖x - y‖ ^ 2 ≤
      f y + inner (f' y) (x - y) + 1 / (2 * Nesterov_first.t f h f' x0 k) * ‖x - y‖ ^ 2) :
  0 < ↑(Nesterov_first.l f h f' x0) := sorry

Tactic state before:
E : Type u_1
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
inst✝ : CompleteSpace E
f h : E → ℝ
f' : E → E
x0 : E
alg : Nesterov_first f h f' x0
xm : E
minφ : IsMinOn (f + h) univ xm
h1 :
  ∀ (k : ℕ),
    Nesterov_first.y f h f' x0 k - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) -
        Nesterov_first.t f h f' x0 k • f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k) ∈
      SubderivAt (Nesterov_first.t f h f' x0 k • h) (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1))
hieq1 :
  ∀ (z : E) (k : ℕ),
    Nesterov_first.t f h f' x0 k * h (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) +
        inner
          (Nesterov_first.y f h f' x0 k - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) -
            Nesterov_first.t f h f' x0 k • f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k))
          (z - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) ≤
      Nesterov_first.t f h f' x0 k * h z
hieq2 :
  ∀ (z : E) (k : ℕ),
    h (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) ≤
      h z +
        inner
          (f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k) +
            (1 / Nesterov_first.t f h f' x0 k) • (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) - Nesterov_first.y f h f' x0 k))
          (z - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1))
k : ℕ
x y : E
⊢ f y + inner (f' y) (x - y) + ↑(Nesterov_first.l f h f' x0) / 2 * ‖x - y‖ ^ 2 ≤
    f y + inner (f' y) (x - y) + 1 / (2 * Nesterov_first.t f h f' x0 k) * ‖x - y‖ ^ 2

Tactic:
apply add_le_add_left
    apply mul_le_mul_of_nonneg_right
    rw [← mul_one_div, ← one_div_mul_one_div, mul_comm, mul_le_mul_left]
    rw [le_one_div]
    exact (alg.tbound k).2

Tactic state after:
[case bc.h.ha
 E : Type u_1
 inst✝² : NormedAddCommGroup E
 inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
 inst✝ : CompleteSpace E
 f h : E → ℝ
 f' : E → E
 x0 : E
 alg : Nesterov_first f h f' x0
 xm : E
 minφ : IsMinOn (f + h) univ xm
 h1 :
   ∀ (k : ℕ),
     Nesterov_first.y f h f' x0 k - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) -
         Nesterov_first.t f h f' x0 k • f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k) ∈
       SubderivAt (Nesterov_first.t f h f' x0 k • h) (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1))
 hieq1 :
   ∀ (z : E) (k : ℕ),
     Nesterov_first.t f h f' x0 k * h (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) +
         inner
           (Nesterov_first.y f h f' x0 k - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) -
             Nesterov_first.t f h f' x0 k • f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k))
           (z - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) ≤
       Nesterov_first.t f h f' x0 k * h z
 hieq2 :
   ∀ (z : E) (k : ℕ),
     h (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) ≤
       h z +
         inner
           (f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k) +
             (1 / Nesterov_first.t f h f' x0 k) • (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) - Nesterov_first.y f h f' x0 k))
           (z - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1))
 k : ℕ
 x y : E
 ⊢ 0 < ↑(Nesterov_first.l f h f' x0),
 case bc.h.hb
 E : Type u_1
 inst✝² : NormedAddCommGroup E
 inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
 inst✝ : CompleteSpace E
 f h : E → ℝ
 f' : E → E
 x0 : E
 alg : Nesterov_first f h f' x0
 xm : E
 minφ : IsMinOn (f + h) univ xm
 h1 :
   ∀ (k : ℕ),
     Nesterov_first.y f h f' x0 k - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) -
         Nesterov_first.t f h f' x0 k • f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k) ∈
       SubderivAt (Nesterov_first.t f h f' x0 k • h) (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1))
 hieq1 :
   ∀ (z : E) (k : ℕ),
     Nesterov_first.t f h f' x0 k * h (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) +
         inner
           (Nesterov_first.y f h f' x0 k - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) -
             Nesterov_first.t f h f' x0 k • f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k))
           (z - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) ≤
       Nesterov_first.t f h f' x0 k * h z
 hieq2 :
   ∀ (z : E) (k : ℕ),
     h (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) ≤
       h z +
         inner
           (f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k) +
             (1 / Nesterov_first.t f h f' x0 k) • (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) - Nesterov_first.y f h f' x0 k))
           (z - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1))
 k : ℕ
 x y : E
 ⊢ 0 < Nesterov_first.t f h f' x0 k,
 case bc.h
 E : Type u_1
 inst✝² : NormedAddCommGroup E
 inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
 inst✝ : CompleteSpace E
 f h : E → ℝ
 f' : E → E
 x0 : E
 alg : Nesterov_first f h f' x0
 xm : E
 minφ : IsMinOn (f + h) univ xm
 h1 :
   ∀ (k : ℕ),
     Nesterov_first.y f h f' x0 k - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) -
         Nesterov_first.t f h f' x0 k • f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k) ∈
       SubderivAt (Nesterov_first.t f h f' x0 k • h) (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1))
 hieq1 :
   ∀ (z : E) (k : ℕ),
     Nesterov_first.t f h f' x0 k * h (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) +
         inner
           (Nesterov_first.y f h f' x0 k - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) -
             Nesterov_first.t f h f' x0 k • f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k))
           (z - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) ≤
       Nesterov_first.t f h f' x0 k * h z
 hieq2 :
   ∀ (z : E) (k : ℕ),
     h (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) ≤
       h z +
         inner
           (f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k) +
             (1 / Nesterov_first.t f h f' x0 k) • (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) - Nesterov_first.y f h f' x0 k))
           (z - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1))
 k : ℕ
 x y : E
 ⊢ 0 < 1 / 2,
 case bc.a0
 E : Type u_1
 inst✝² : NormedAddCommGroup E
 inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ E
 inst✝ : CompleteSpace E
 f h : E → ℝ
 f' : E → E
 x0 : E
 alg : Nesterov_first f h f' x0
 xm : E
 minφ : IsMinOn (f + h) univ xm
 h1 :
   ∀ (k : ℕ),
     Nesterov_first.y f h f' x0 k - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) -
         Nesterov_first.t f h f' x0 k • f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k) ∈
       SubderivAt (Nesterov_first.t f h f' x0 k • h) (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1))
 hieq1 :
   ∀ (z : E) (k : ℕ),
     Nesterov_first.t f h f' x0 k * h (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) +
         inner
           (Nesterov_first.y f h f' x0 k - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) -
             Nesterov_first.t f h f' x0 k • f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k))
           (z - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) ≤
       Nesterov_first.t f h f' x0 k * h z
 hieq2 :
   ∀ (z : E) (k : ℕ),
     h (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1)) ≤
       h z +
         inner
           (f' (Nesterov_first.y f h f' x0 k) +
             (1 / Nesterov_first.t f h f' x0 k) • (Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1) - Nesterov_first.y f h f' x0 k))
           (z - Nesterov_first.x f h f' x0 (k + 1))
 k : ℕ
 x y : E
 ⊢ 0 ≤ ‖x - y‖ ^ 2]