import Mathlib
import Optlib


open Set InnerProductSpace Topology Filter InnerProduct

open scoped Pointwise

theorem extracted_formal_statement_280.{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} [inst_9 : Setting E₁ E₂ F admm admm_kkt] (n : ℕ+)
  (h₄'' :
    ‖(OptProblem.A₂ E₁) admm_kkt.x₂ - (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n)‖ =
      ‖-((OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - (OptProblem.A₂ E₁) admm_kkt.x₂)‖)
  (h₄' :
    ‖(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - (OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))‖ =
      ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)‖)
  (h₆ :
    ‖ey (↑n + 1) - ey ↑n‖ =
      ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
        ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) - OptProblem.b E₁ E₂‖)
  (h_original_goal :
    2 / (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F) * (1 / 2 * (‖ey ↑n‖ ^ 2 - ‖ey (↑n + 1) - ey ↑n‖ ^ 2 - ‖ey (↑n + 1)‖ ^ 2)) -
            2 * (1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
              ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                    OptProblem.b E₁ E₂‖ ^
                2 +
          2 * M (n + 1) -
        2 * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
          (1 / 2 *
            (‖(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n)‖ ^ 2 +
                ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))‖ ^ 2 -
              ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)‖ ^ 2)) =
      1 / (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F) *
              (‖ey ↑n‖ ^ 2 -
                  (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
                      ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                          OptProblem.b E₁ E₂‖) ^
                    2 -
                ‖ey (↑n + 1)‖ ^ 2) -
            2 * (1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
              ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                    OptProblem.b E₁ E₂‖ ^
                2 +
          2 * M (n + 1) -
        1 * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
          (‖(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n)‖ ^ 2 + ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))‖ ^ 2 -
            ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)‖ ^ 2)) :
  2 / (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F) *
            (1 / 2 *
              (‖ey ↑n‖ ^ 2 -
                  (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
                      ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                          OptProblem.b E₁ E₂‖) ^
                    2 -
                ‖ey (↑n + 1)‖ ^ 2)) -
          2 * (1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
            ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                  OptProblem.b E₁ E₂‖ ^
              2 +
        2 * M (n + 1) -
      2 * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
        (1 / 2 *
          (‖(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n)‖ ^ 2 + ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))‖ ^ 2 -
            ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)‖ ^ 2)) =
    1 / (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F) *
            (‖ey ↑n‖ ^ 2 -
                (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
                    ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                        OptProblem.b E₁ E₂‖) ^
                  2 -
              ‖ey (↑n + 1)‖ ^ 2) -
          2 * (1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
            ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                  OptProblem.b E₁ E₂‖ ^
              2 +
        2 * M (n + 1) -
      1 * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
        (‖(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n)‖ ^ 2 + ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))‖ ^ 2 -
          ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)‖ ^ 2) := 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
n : ℕ+
h₄'' :
  ‖(OptProblem.A₂ E₁) admm_kkt.x₂ - (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n)‖ =
    ‖-((OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - (OptProblem.A₂ E₁) admm_kkt.x₂)‖
h₄' :
  ‖(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - (OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))‖ =
    ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)‖
h₆ :
  ‖ey (↑n + 1) - ey ↑n‖ =
    ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
      ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) - OptProblem.b E₁ E₂‖
⊢ 2 / (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F) * (1 / 2 * (‖ey ↑n‖ ^ 2 - ‖ey (↑n + 1) - ey ↑n‖ ^ 2 - ‖ey (↑n + 1)‖ ^ 2)) -
          2 * (1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
            ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                  OptProblem.b E₁ E₂‖ ^
              2 +
        2 * M (n + 1) -
      2 * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
        (1 / 2 *
          (‖(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n)‖ ^ 2 + ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))‖ ^ 2 -
            ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)‖ ^ 2)) =
    1 / (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F) *
            (‖ey ↑n‖ ^ 2 -
                (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
                    ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                        OptProblem.b E₁ E₂‖) ^
                  2 -
              ‖ey (↑n + 1)‖ ^ 2) -
          2 * (1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
            ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                  OptProblem.b E₁ E₂‖ ^
              2 +
        2 * M (n + 1) -
      1 * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
        (‖(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n)‖ ^ 2 + ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))‖ ^ 2 -
          ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)‖ ^ 2)

Tactic:
rw [h₆]

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
 n : ℕ+
 h₄'' :
   ‖(OptProblem.A₂ E₁) admm_kkt.x₂ - (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n)‖ =
     ‖-((OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - (OptProblem.A₂ E₁) admm_kkt.x₂)‖
 h₄' :
   ‖(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n) - (OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))‖ =
     ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)‖
 h₆ :
   ‖ey (↑n + 1) - ey ↑n‖ =
     ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
       ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) - OptProblem.b E₁ E₂‖
 ⊢ 2 / (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F) *
             (1 / 2 *
               (‖ey ↑n‖ ^ 2 -
                   (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
                       ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                           OptProblem.b E₁ E₂‖) ^
                     2 -
                 ‖ey (↑n + 1)‖ ^ 2)) -
           2 * (1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
             ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                   OptProblem.b E₁ E₂‖ ^
               2 +
         2 * M (n + 1) -
       2 * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
         (1 / 2 *
           (‖(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n)‖ ^ 2 +
               ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))‖ ^ 2 -
             ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)‖ ^ 2)) =
     1 / (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F) *
             (‖ey ↑n‖ ^ 2 -
                 (ADMM.τ E₁ E₂ F * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
                     ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                         OptProblem.b E₁ E₂‖) ^
                   2 -
               ‖ey (↑n + 1)‖ ^ 2) -
           2 * (1 - ADMM.τ E₁ E₂ F) * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
             ‖(OptProblem.A₁ E₂) (ADMM.x₁ E₂ F (↑n + 1)) + (OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1)) -
                   OptProblem.b E₁ E₂‖ ^
               2 +
         2 * M (n + 1) -
       1 * ADMM.ρ E₁ E₂ F *
         (‖(OptProblem.A₂ E₁) (ADMM.x₂ E₁ F (↑n + 1) - ADMM.x₂ E₁ F ↑n)‖ ^ 2 + ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ (↑n + 1))‖ ^ 2 -
           ‖(OptProblem.A₂ E₁) (e₂ ↑n)‖ ^ 2)]