import Mathlib
import Optlib


open Set InnerProductSpace Topology Filter InnerProduct

open scoped Pointwise

theorem extracted_formal_statement_328.{u_3, u_2, u_1} {E₁ : Type u_1} {E₂ : Type u_2} {F : Type u_3}
  [inst : NormedAddCommGroup E₁] [inst_1 : InnerProductSpace ℝ E₁] [inst_2 : FiniteDimensional ℝ E₁]
  [inst_3 : NormedAddCommGroup E₂] [inst_4 : InnerProductSpace ℝ E₂] [inst_5 : FiniteDimensional ℝ E₂]
  [inst_6 : NormedAddCommGroup F] [inst_7 : InnerProductSpace ℝ F] [inst_8 : FiniteDimensional ℝ F]
  {admm : ADMM E₁ E₂ F} {admm_kkt : Existance_of_kkt admm} (htau : 1 < ADMM.τ E₁ E₂ F) (n : ℕ+)
  (this : (n + 1).natPred = ↑n)
  (h_original_goal :
    2 *
        ((1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
          ⟪(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F (n + 1).natPred),
            (OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (n + 1).natPred) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (n + 1).natPred) -
              OptProblem.b E₁ E₂⟫_ℝ) =
      2 * (1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
        ⟪(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n),
          (OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F ↑n) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - OptProblem.b E₁ E₂⟫_ℝ) :
  2 *
      ((1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
        ⟪(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n),
          (OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F ↑n) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - OptProblem.b E₁ E₂⟫_ℝ) =
    2 * (1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
      ⟪(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n),
        (OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F ↑n) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - OptProblem.b E₁ E₂⟫_ℝ := sorry

Tactic state before:
E₁ : Type u_1
E₂ : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E₁
inst✝⁸ : InnerProductSpace ℝ E₁
inst✝⁷ : FiniteDimensional ℝ E₁
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E₂
inst✝⁵ : InnerProductSpace ℝ E₂
inst✝⁴ : FiniteDimensional ℝ E₂
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ F
admm : ADMM E₁ E₂ F
admm_kkt : Existance_of_kkt admm
inst✝ : Setting E₁ E₂ F admm admm_kkt
htau : 1 < ADMM.τ E₁ E₂ F
n : ℕ+
x_diff : E₂ := ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n
r_n : F := (OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F ↑n) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - OptProblem.b E₁ E₂
r_n_1 : F :=
  (OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) - OptProblem.b E₁ E₂
e_sum : F := (OptProblem.A₁ E₂) (e₁ ↑n) + (OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)
e_sum_1 : F := (OptProblem.A₁ E₂) (e₁ (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))
a₁ : ℝ := 1 / (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F) * ‖ey ↑n‖ ^ 2
a₂ : ℝ := 1 / (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F) * ‖ey (↑n + 1)‖ ^ 2
b₁ : ℝ := ADMM.ρ E₁ E₂ F * ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)‖ ^ 2
b₂ : ℝ := ADMM.ρ E₁ E₂ F * ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))‖ ^ 2
c₁ : ℝ := (1 - 1 / ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F * ‖e_sum‖ ^ 2
c₂ : ℝ := (1 - 1 / ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F * ‖e_sum_1‖ ^ 2
d₁ : ℝ := (1 + ADMM.τ E₁ E₂ F - ADMM.τ E₁ E₂ F ^ 2) * ADMM.ρ E₁ E₂ F * ‖(OptProblem.A₂ E₁) x_diff‖ ^ 2
d₂ : ℝ := (1 + 1 / ADMM.τ E₁ E₂ F - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F * ‖r_n_1‖ ^ 2
this : (n + 1).natPred = ↑n
⊢ 2 *
      ((1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
        ⟪(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F (n + 1).natPred),
          (OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (n + 1).natPred) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (n + 1).natPred) -
            OptProblem.b E₁ E₂⟫_ℝ) =
    2 * (1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
      ⟪(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n),
        (OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F ↑n) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - OptProblem.b E₁ E₂⟫_ℝ

Tactic:
simp only [this]

Tactic state after:
[E₁ : Type u_1
 E₂ : Type u_2
 F : Type u_3
 inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E₁
 inst✝⁸ : InnerProductSpace ℝ E₁
 inst✝⁷ : FiniteDimensional ℝ E₁
 inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E₂
 inst✝⁵ : InnerProductSpace ℝ E₂
 inst✝⁴ : FiniteDimensional ℝ E₂
 inst✝³ : NormedAddCommGroup F
 inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
 inst✝¹ : FiniteDimensional ℝ F
 admm : ADMM E₁ E₂ F
 admm_kkt : Existance_of_kkt admm
 inst✝ : Setting E₁ E₂ F admm admm_kkt
 htau : 1 < ADMM.τ E₁ E₂ F
 n : ℕ+
 x_diff : E₂ := ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n
 r_n : F := (OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F ↑n) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - OptProblem.b E₁ E₂
 r_n_1 : F :=
   (OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) - OptProblem.b E₁ E₂
 e_sum : F := (OptProblem.A₁ E₂) (e₁ ↑n) + (OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)
 e_sum_1 : F := (OptProblem.A₁ E₂) (e₁ (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))
 a₁ : ℝ := 1 / (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F) * ‖ey ↑n‖ ^ 2
 a₂ : ℝ := 1 / (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F) * ‖ey (↑n + 1)‖ ^ 2
 b₁ : ℝ := ADMM.ρ E₁ E₂ F * ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)‖ ^ 2
 b₂ : ℝ := ADMM.ρ E₁ E₂ F * ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))‖ ^ 2
 c₁ : ℝ := (1 - 1 / ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F * ‖e_sum‖ ^ 2
 c₂ : ℝ := (1 - 1 / ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F * ‖e_sum_1‖ ^ 2
 d₁ : ℝ := (1 + ADMM.τ E₁ E₂ F - ADMM.τ E₁ E₂ F ^ 2) * ADMM.ρ E₁ E₂ F * ‖(OptProblem.A₂ E₁) x_diff‖ ^ 2
 d₂ : ℝ := (1 + 1 / ADMM.τ E₁ E₂ F - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F * ‖r_n_1‖ ^ 2
 this : (n + 1).natPred = ↑n
 ⊢ 2 *
       ((1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
         ⟪(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n),
           (OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F ↑n) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - OptProblem.b E₁ E₂⟫_ℝ) =
     2 * (1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
       ⟪(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n),
         (OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F ↑n) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - OptProblem.b E₁ E₂⟫_ℝ]