[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁸ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝³ : NormedAddCommGroup G
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝¹ : NormedAddCommGroup G'
inst✝ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
c : ℝ≥0
⊢ ApproximatesLinearOn f f' ∅ c
[PROOFSTEP]
simp [ApproximatesLinearOn]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f✝ : E → F
f'✝ : E →L[𝕜] F
s✝ t : Set E
c✝ c' : ℝ≥0
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
⊢ ApproximatesLinearOn f f' s c ↔ LipschitzOnWith c (f - ↑f') s
[PROOFSTEP]
have : ∀ x y, f x - f y - f' (x - y) = (f - f') x - (f - f') y := fun x y ↦ by simp only [map_sub, Pi.sub_apply]; abel
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f✝ : E → F
f'✝ : E →L[𝕜] F
s✝ t : Set E
c✝ c' : ℝ≥0
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
x y : E
⊢ f x - f y - ↑f' (x - y) = (f - ↑f') x - (f - ↑f') y
[PROOFSTEP]
simp only [map_sub, Pi.sub_apply]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f✝ : E → F
f'✝ : E →L[𝕜] F
s✝ t : Set E
c✝ c' : ℝ≥0
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
x y : E
⊢ f x - f y - (↑f' x - ↑f' y) = f x - ↑f' x - (f y - ↑f' y)
[PROOFSTEP]
abel
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f✝ : E → F
f'✝ : E →L[𝕜] F
s✝ t : Set E
c✝ c' : ℝ≥0
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
x y : E
⊢ f x - f y - (↑f' x - ↑f' y) = f x - ↑f' x - (f y - ↑f' y)
[PROOFSTEP]
abel
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f✝ : E → F
f'✝ : E →L[𝕜] F
s✝ t : Set E
c✝ c' : ℝ≥0
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
this : ∀ (x y : E), f x - f y - ↑f' (x - y) = (f - ↑f') x - (f - ↑f') y
⊢ ApproximatesLinearOn f f' s c ↔ LipschitzOnWith c (f - ↑f') s
[PROOFSTEP]
simp only [this, lipschitzOnWith_iff_norm_sub_le, ApproximatesLinearOn]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
s t : Set E
c c' : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
⊢ LipschitzWith (‖f'‖₊ + c) (restrict s f)
[PROOFSTEP]
simpa only [restrict_apply, add_sub_cancel'_right] using (f'.lipschitz.restrict s).add hf.lipschitz_sub
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
⊢ SurjOn f (closedBall b ε) (closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε))
[PROOFSTEP]
intro y hy
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
cases' le_or_lt (f'symm.nnnorm : ℝ)⁻¹ c with hc hc
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : (↑f'symm.nnnorm)⁻¹ ≤ ↑c
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
refine' ⟨b, by simp [ε0], _⟩
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : (↑f'symm.nnnorm)⁻¹ ≤ ↑c
⊢ b ∈ closedBall b ε
[PROOFSTEP]
simp [ε0]
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : (↑f'symm.nnnorm)⁻¹ ≤ ↑c
⊢ f b = y
[PROOFSTEP]
have : dist y (f b) ≤ 0 := (mem_closedBall.1 hy).trans (mul_nonpos_of_nonpos_of_nonneg (by linarith) ε0)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : (↑f'symm.nnnorm)⁻¹ ≤ ↑c
⊢ (↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c ≤ 0
[PROOFSTEP]
linarith
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : (↑f'symm.nnnorm)⁻¹ ≤ ↑c
this : dist y (f b) ≤ 0
⊢ f b = y
[PROOFSTEP]
simp only [dist_le_zero] at this 
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : (↑f'symm.nnnorm)⁻¹ ≤ ↑c
this : y = f b
⊢ f b = y
[PROOFSTEP]
rw [this]
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
have If' : (0 : ℝ) < f'symm.nnnorm := by rw [← inv_pos]; exact (NNReal.coe_nonneg _).trans_lt hc
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
⊢ 0 < ↑f'symm.nnnorm
[PROOFSTEP]
rw [← inv_pos]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
⊢ 0 < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
[PROOFSTEP]
exact (NNReal.coe_nonneg _).trans_lt hc
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
have Icf' : (c : ℝ) * f'symm.nnnorm < 1 := by rwa [inv_eq_one_div, lt_div_iff If'] at hc 
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
⊢ ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
[PROOFSTEP]
rwa [inv_eq_one_div, lt_div_iff If'] at hc 
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
have Jf' : (f'symm.nnnorm : ℝ) ≠ 0 := ne_of_gt If'
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
have Jcf' : (1 : ℝ) - c * f'symm.nnnorm ≠ 0 := by apply ne_of_gt;
  linarith
    /- We have to show that `y` can be written as `f x` for some `x ∈ closed_ball b ε`.
        The idea of the proof is to apply the Banach contraction principle to the map
        `g : x ↦ x + f'symm (y - f x)`, as a fixed point of this map satisfies `f x = y`.
        When `f'symm` is a genuine linear inverse, `g` is a contracting map. In our case, since `f'symm`
        is nonlinear, this map is not contracting (it is not even continuous), but still the proof of
        the contraction theorem holds: `uₙ = gⁿ b` is a Cauchy sequence, converging exponentially fast
        to the desired point `x`. Instead of appealing to general results, we check this by hand.
    
        The main point is that `f (u n)` becomes exponentially close to `y`, and therefore
        `dist (u (n+1)) (u n)` becomes exponentally small, making it possible to get an inductive
        bound on `dist (u n) b`, from which one checks that `u n` stays in the ball on which one has a
        control. Therefore, the bound can be checked at the next step, and so on inductively.
        -/
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
⊢ 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
[PROOFSTEP]
apply ne_of_gt
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
⊢ 0 < 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm
[PROOFSTEP]
linarith
  /- We have to show that `y` can be written as `f x` for some `x ∈ closed_ball b ε`.
      The idea of the proof is to apply the Banach contraction principle to the map
      `g : x ↦ x + f'symm (y - f x)`, as a fixed point of this map satisfies `f x = y`.
      When `f'symm` is a genuine linear inverse, `g` is a contracting map. In our case, since `f'symm`
      is nonlinear, this map is not contracting (it is not even continuous), but still the proof of
      the contraction theorem holds: `uₙ = gⁿ b` is a Cauchy sequence, converging exponentially fast
      to the desired point `x`. Instead of appealing to general results, we check this by hand.
  
      The main point is that `f (u n)` becomes exponentially close to `y`, and therefore
      `dist (u (n+1)) (u n)` becomes exponentally small, making it possible to get an inductive
      bound on `dist (u n) b`, from which one checks that `u n` stays in the ball on which one has a
      control. Therefore, the bound can be checked at the next step, and so on inductively.
      -/
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
set g := fun x => x + f'symm (y - f x) with hg
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
set u := fun n : ℕ => g^[n] b with hu
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
have usucc : ∀ n, u (n + 1) = g (u n) := by
  simp [hu, ← iterate_succ_apply' g _ b]
    -- First bound: if `f z` is close to `y`, then `g z` is close to `z` (i.e., almost a fixed point).
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
⊢ ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
[PROOFSTEP]
simp [hu, ← iterate_succ_apply' g _ b]
  -- First bound: if `f z` is close to `y`, then `g z` is close to `z` (i.e., almost a fixed point).
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
have A : ∀ z, dist (g z) z ≤ f'symm.nnnorm * dist (f z) y :=
  by
  intro z
  rw [dist_eq_norm, hg, add_sub_cancel', dist_eq_norm']
  exact
    f'symm.bound
      _
        -- Second bound: if `z` and `g z` are in the set with good control, then `f (g z)` becomes closer
          -- to `y` than `f z` was (this uses the linear approximation property, and is the reason for the
          -- choice of the formula for `g`).
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
⊢ ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
[PROOFSTEP]
intro z
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
z : E
⊢ dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
[PROOFSTEP]
rw [dist_eq_norm, hg, add_sub_cancel', dist_eq_norm']
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
z : E
⊢ ‖ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f z)‖ ≤ ↑f'symm.nnnorm * ‖y - f z‖
[PROOFSTEP]
exact
  f'symm.bound
    _
      -- Second bound: if `z` and `g z` are in the set with good control, then `f (g z)` becomes closer
        -- to `y` than `f z` was (this uses the linear approximation property, and is the reason for the
        -- choice of the formula for `g`).
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
have B : ∀ z ∈ closedBall b ε, g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ c * f'symm.nnnorm * dist (f z) y :=
  by
  intro z hz hgz
  set v := f'symm (y - f z)
  calc
    dist (f (g z)) y = ‖f (z + v) - y‖ := by rw [dist_eq_norm]
    _ = ‖f (z + v) - f z - f' v + f' v - (y - f z)‖ := by congr 1; abel
    _ = ‖f (z + v) - f z - f' (z + v - z)‖ := by
      simp only [ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.right_inv, add_sub_cancel', sub_add_cancel]
    _ ≤ c * ‖z + v - z‖ := (hf _ (hε hgz) _ (hε hz))
    _ ≤ c * (f'symm.nnnorm * dist (f z) y) := by
      gcongr
      simpa [dist_eq_norm'] using f'symm.bound (y - f z)
    _ = c * f'symm.nnnorm * dist (f z) y := by
      ring
        -- Third bound: a complicated bound on `dist w b` (that will show up in the induction) is enough
          -- to check that `w` is in the ball on which one has controls. Will be used to check that `u n`
          -- belongs to this ball for all `n`.
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
⊢ ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
[PROOFSTEP]
intro z hz hgz
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
z : E
hz : z ∈ closedBall b ε
hgz : g z ∈ closedBall b ε
⊢ dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
[PROOFSTEP]
set v := f'symm (y - f z)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
z : E
hz : z ∈ closedBall b ε
hgz : g z ∈ closedBall b ε
v : E := ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f z)
⊢ dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
[PROOFSTEP]
calc
  dist (f (g z)) y = ‖f (z + v) - y‖ := by rw [dist_eq_norm]
  _ = ‖f (z + v) - f z - f' v + f' v - (y - f z)‖ := by congr 1; abel
  _ = ‖f (z + v) - f z - f' (z + v - z)‖ := by
    simp only [ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.right_inv, add_sub_cancel', sub_add_cancel]
  _ ≤ c * ‖z + v - z‖ := (hf _ (hε hgz) _ (hε hz))
  _ ≤ c * (f'symm.nnnorm * dist (f z) y) := by
    gcongr
    simpa [dist_eq_norm'] using f'symm.bound (y - f z)
  _ = c * f'symm.nnnorm * dist (f z) y := by
    ring
      -- Third bound: a complicated bound on `dist w b` (that will show up in the induction) is enough
        -- to check that `w` is in the ball on which one has controls. Will be used to check that `u n`
        -- belongs to this ball for all `n`.
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
z : E
hz : z ∈ closedBall b ε
hgz : g z ∈ closedBall b ε
v : E := ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f z)
⊢ dist (f (g z)) y = ‖f (z + v) - y‖
[PROOFSTEP]
rw [dist_eq_norm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
z : E
hz : z ∈ closedBall b ε
hgz : g z ∈ closedBall b ε
v : E := ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f z)
⊢ ‖f (z + v) - y‖ = ‖f (z + v) - f z - ↑f' v + ↑f' v - (y - f z)‖
[PROOFSTEP]
congr 1
[GOAL]
case e_a
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
z : E
hz : z ∈ closedBall b ε
hgz : g z ∈ closedBall b ε
v : E := ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f z)
⊢ f (z + v) - y = f (z + v) - f z - ↑f' v + ↑f' v - (y - f z)
[PROOFSTEP]
abel
[GOAL]
case e_a
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
z : E
hz : z ∈ closedBall b ε
hgz : g z ∈ closedBall b ε
v : E := ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f z)
⊢ f (z + v) - y = f (z + v) - f z - ↑f' v + ↑f' v - (y - f z)
[PROOFSTEP]
abel
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
z : E
hz : z ∈ closedBall b ε
hgz : g z ∈ closedBall b ε
v : E := ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f z)
⊢ ‖f (z + v) - f z - ↑f' v + ↑f' v - (y - f z)‖ = ‖f (z + v) - f z - ↑f' (z + v - z)‖
[PROOFSTEP]
simp only [ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.right_inv, add_sub_cancel', sub_add_cancel]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
z : E
hz : z ∈ closedBall b ε
hgz : g z ∈ closedBall b ε
v : E := ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f z)
⊢ ↑c * ‖z + v - z‖ ≤ ↑c * (↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y)
[PROOFSTEP]
gcongr
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
z : E
hz : z ∈ closedBall b ε
hgz : g z ∈ closedBall b ε
v : E := ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f z)
⊢ ‖z + v - z‖ ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
[PROOFSTEP]
simpa [dist_eq_norm'] using f'symm.bound (y - f z)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
z : E
hz : z ∈ closedBall b ε
hgz : g z ∈ closedBall b ε
v : E := ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f z)
⊢ ↑c * (↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y) = ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
[PROOFSTEP]
ring
  -- Third bound: a complicated bound on `dist w b` (that will show up in the induction) is enough
    -- to check that `w` is in the ball on which one has controls. Will be used to check that `u n`
    -- belongs to this ball for all `n`.
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
have C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ f'symm.nnnorm * (1 - ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - c * f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε :=
  fun n w hw ↦ by
  apply hw.trans
  rw [div_mul_eq_mul_div, div_le_iff]; swap; · linarith
  calc
    (f'symm.nnnorm : ℝ) * (1 - ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n) * dist (f b) y =
        f'symm.nnnorm * dist (f b) y * (1 - ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n) :=
      by ring
    _ ≤ f'symm.nnnorm * dist (f b) y * 1 := by
      gcongr
      rw [sub_le_self_iff]
      positivity
    _ ≤ f'symm.nnnorm * (((f'symm.nnnorm : ℝ)⁻¹ - c) * ε) :=
      by
      rw [mul_one]
      gcongr
      exact mem_closedBall'.1 hy
    _ = ε * (1 - c * f'symm.nnnorm) := by field_simp;
      ring
        /- Main inductive control: `f (u n)` becomes exponentially close to `y`, and therefore
            `dist (u (n+1)) (u n)` becomes exponentally small, making it possible to get an inductive
            bound on `dist (u n) b`, from which one checks that `u n` remains in the ball on which we
            have estimates. -/
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ w ∈ closedBall b ε
[PROOFSTEP]
apply hw.trans
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y ≤ ε
[PROOFSTEP]
rw [div_mul_eq_mul_div, div_le_iff]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) * dist (f b) y ≤ ε * (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm)
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ 0 < 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm
[PROOFSTEP]
swap
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ 0 < 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm
[PROOFSTEP]
linarith
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) * dist (f b) y ≤ ε * (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm)
[PROOFSTEP]
calc
  (f'symm.nnnorm : ℝ) * (1 - ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n) * dist (f b) y =
      f'symm.nnnorm * dist (f b) y * (1 - ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n) :=
    by ring
  _ ≤ f'symm.nnnorm * dist (f b) y * 1 := by
    gcongr
    rw [sub_le_self_iff]
    positivity
  _ ≤ f'symm.nnnorm * (((f'symm.nnnorm : ℝ)⁻¹ - c) * ε) :=
    by
    rw [mul_one]
    gcongr
    exact mem_closedBall'.1 hy
  _ = ε * (1 - c * f'symm.nnnorm) := by field_simp;
    ring
      /- Main inductive control: `f (u n)` becomes exponentially close to `y`, and therefore
          `dist (u (n+1)) (u n)` becomes exponentally small, making it possible to get an inductive
          bound on `dist (u n) b`, from which one checks that `u n` remains in the ball on which we
          have estimates. -/
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) * dist (f b) y =
    ↑f'symm.nnnorm * dist (f b) y * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n)
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑f'symm.nnnorm * dist (f b) y * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f b) y * 1
[PROOFSTEP]
gcongr
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ 1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n ≤ 1
[PROOFSTEP]
rw [sub_le_self_iff]
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ 0 ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n
[PROOFSTEP]
positivity
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑f'symm.nnnorm * dist (f b) y * 1 ≤ ↑f'symm.nnnorm * (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
[PROOFSTEP]
rw [mul_one]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑f'symm.nnnorm * dist (f b) y ≤ ↑f'symm.nnnorm * (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
[PROOFSTEP]
gcongr
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ dist (f b) y ≤ ((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε
[PROOFSTEP]
exact mem_closedBall'.1 hy
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑f'symm.nnnorm * (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε) = ε * (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm)
[PROOFSTEP]
field_simp
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
n : ℕ
w : E
hw : dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑f'symm.nnnorm * ((1 - ↑f'symm.nnnorm * ↑c) * ε) = ε * (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * ↑f'symm.nnnorm
[PROOFSTEP]
ring
  /- Main inductive control: `f (u n)` becomes exponentially close to `y`, and therefore
      `dist (u (n+1)) (u n)` becomes exponentally small, making it possible to get an inductive
      bound on `dist (u n) b`, from which one checks that `u n` remains in the ball on which we
      have estimates. -/
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
have D :
  ∀ n : ℕ,
    dist (f (u n)) y ≤ ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤
        f'symm.nnnorm * (1 - ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - (c : ℝ) * f'symm.nnnorm) * dist (f b) y :=
  fun n ↦ by
  induction' n with n IH; · simp [hu, le_refl]
  rw [usucc]
  have Ign :
    dist (g (u n)) b ≤
      f'symm.nnnorm * (1 - ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n.succ) / (1 - c * f'symm.nnnorm) * dist (f b) y :=
    calc
      dist (g (u n)) b ≤ dist (g (u n)) (u n) + dist (u n) b := dist_triangle _ _ _
      _ ≤ f'symm.nnnorm * dist (f (u n)) y + dist (u n) b := (add_le_add (A _) le_rfl)
      _ ≤
          f'symm.nnnorm * (((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y) +
            f'symm.nnnorm * (1 - ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - c * f'symm.nnnorm) * dist (f b) y :=
        by gcongr; exact IH.1; exact IH.2
      _ = f'symm.nnnorm * (1 - ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n.succ) / (1 - (c : ℝ) * f'symm.nnnorm) * dist (f b) y := by
        field_simp [Jcf', pow_succ]; ring
  refine' ⟨_, Ign⟩
  calc
    dist (f (g (u n))) y ≤ c * f'symm.nnnorm * dist (f (u n)) y := B _ (C n _ IH.2) (C n.succ _ Ign)
    _ ≤ (c : ℝ) * f'symm.nnnorm * (((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y) :=
      by
      gcongr
      apply IH.1
    _ = ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n.succ * dist (f b) y := by simp only [pow_succ'];
      ring
        -- Deduce from the inductive bound that `uₙ` is a Cauchy sequence, therefore converging.
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
⊢ dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
induction' n with n IH
[GOAL]
case zero
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
⊢ dist (f (u Nat.zero)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.zero * dist (f b) y ∧
    dist (u Nat.zero) b ≤
      ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.zero) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
simp [hu, le_refl]
[GOAL]
case succ
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ dist (f (u (Nat.succ n))) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n * dist (f b) y ∧
    dist (u (Nat.succ n)) b ≤
      ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
rw [usucc]
[GOAL]
case succ
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ dist (f (g (u n))) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n * dist (f b) y ∧
    dist (g (u n)) b ≤
      ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
have Ign :
  dist (g (u n)) b ≤
    f'symm.nnnorm * (1 - ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n.succ) / (1 - c * f'symm.nnnorm) * dist (f b) y :=
  calc
    dist (g (u n)) b ≤ dist (g (u n)) (u n) + dist (u n) b := dist_triangle _ _ _
    _ ≤ f'symm.nnnorm * dist (f (u n)) y + dist (u n) b := (add_le_add (A _) le_rfl)
    _ ≤
        f'symm.nnnorm * (((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y) +
          f'symm.nnnorm * (1 - ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - c * f'symm.nnnorm) * dist (f b) y :=
      by gcongr; exact IH.1; exact IH.2
    _ = f'symm.nnnorm * (1 - ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n.succ) / (1 - (c : ℝ) * f'symm.nnnorm) * dist (f b) y := by
      field_simp [Jcf', pow_succ]; ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑f'symm.nnnorm * dist (f (u n)) y + dist (u n) b ≤
    ↑f'symm.nnnorm * ((↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y) +
      ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
gcongr
[GOAL]
case h₁.h
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y
case h₂
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
exact IH.1
[GOAL]
case h₂
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
exact IH.2
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑f'symm.nnnorm * ((↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y) +
      ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y =
    ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
field_simp [Jcf', pow_succ]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑f'symm.nnnorm * ((↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y) * (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) +
      ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) * dist (f b) y =
    ↑f'symm.nnnorm * (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm * (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
case succ
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
Ign :
  dist (g (u n)) b ≤
    ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ dist (f (g (u n))) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n * dist (f b) y ∧
    dist (g (u n)) b ≤
      ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
refine' ⟨_, Ign⟩
[GOAL]
case succ
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
Ign :
  dist (g (u n)) b ≤
    ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ dist (f (g (u n))) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
calc
  dist (f (g (u n))) y ≤ c * f'symm.nnnorm * dist (f (u n)) y := B _ (C n _ IH.2) (C n.succ _ Ign)
  _ ≤ (c : ℝ) * f'symm.nnnorm * (((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y) :=
    by
    gcongr
    apply IH.1
  _ = ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n.succ * dist (f b) y := by simp only [pow_succ'];
    ring
      -- Deduce from the inductive bound that `uₙ` is a Cauchy sequence, therefore converging.
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
Ign :
  dist (g (u n)) b ≤
    ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f (u n)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * ((↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y)
[PROOFSTEP]
gcongr
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
Ign :
  dist (g (u n)) b ≤
    ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
apply IH.1
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
Ign :
  dist (g (u n)) b ≤
    ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * ((↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y) = (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
simp only [pow_succ']
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
n : ℕ
IH :
  dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
    dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
Ign :
  dist (g (u n)) b ≤
    ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ Nat.succ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * ((↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y) =
    (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * (↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
ring
  -- Deduce from the inductive bound that `uₙ` is a Cauchy sequence, therefore converging.
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
have : CauchySeq u
[GOAL]
case this
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
⊢ CauchySeq u
[PROOFSTEP]
refine cauchySeq_of_le_geometric _ (↑f'symm.nnnorm * dist (f b) y) Icf' fun n ↦ ?_
[GOAL]
case this
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
n : ℕ
⊢ dist (u n) (u (n + 1)) ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f b) y * (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n
[PROOFSTEP]
calc
  dist (u n) (u (n + 1)) = dist (g (u n)) (u n) := by rw [usucc, dist_comm]
  _ ≤ f'symm.nnnorm * dist (f (u n)) y := (A _)
  _ ≤ f'symm.nnnorm * (((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y) :=
    by
    gcongr
    exact (D n).1
  _ = f'symm.nnnorm * dist (f b) y * ((c : ℝ) * f'symm.nnnorm) ^ n := by ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
n : ℕ
⊢ dist (u n) (u (n + 1)) = dist (g (u n)) (u n)
[PROOFSTEP]
rw [usucc, dist_comm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
n : ℕ
⊢ ↑f'symm.nnnorm * dist (f (u n)) y ≤ ↑f'symm.nnnorm * ((↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y)
[PROOFSTEP]
gcongr
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
n : ℕ
⊢ dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y
[PROOFSTEP]
exact (D n).1
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
n : ℕ
⊢ ↑f'symm.nnnorm * ((↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y) =
    ↑f'symm.nnnorm * dist (f b) y * (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
this : CauchySeq u
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
obtain ⟨x, hx⟩ : ∃ x, Tendsto u atTop (𝓝 x) := cauchySeq_tendsto_of_complete this
[GOAL]
case inr.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
this : CauchySeq u
x : E
hx : Tendsto u atTop (𝓝 x)
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
have xmem : x ∈ closedBall b ε := isClosed_ball.mem_of_tendsto hx (eventually_of_forall fun n => C n _ (D n).2)
[GOAL]
case inr.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
this : CauchySeq u
x : E
hx : Tendsto u atTop (𝓝 x)
xmem : x ∈ closedBall b ε
⊢ y ∈ f '' closedBall b ε
[PROOFSTEP]
refine'
  ⟨x, xmem, _⟩
    -- It remains to check that `f x = y`. This follows from continuity of `f` on `closed_ball b ε`
      -- and from the fact that `f uₙ` is converging to `y` by construction.
[GOAL]
case inr.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
this : CauchySeq u
x : E
hx : Tendsto u atTop (𝓝 x)
xmem : x ∈ closedBall b ε
⊢ f x = y
[PROOFSTEP]
have hx' : Tendsto u atTop (𝓝[closedBall b ε] x) :=
  by
  simp only [nhdsWithin, tendsto_inf, hx, true_and_iff, ge_iff_le, tendsto_principal]
  exact eventually_of_forall fun n => C n _ (D n).2
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
this : CauchySeq u
x : E
hx : Tendsto u atTop (𝓝 x)
xmem : x ∈ closedBall b ε
⊢ Tendsto u atTop (𝓝[closedBall b ε] x)
[PROOFSTEP]
simp only [nhdsWithin, tendsto_inf, hx, true_and_iff, ge_iff_le, tendsto_principal]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
this : CauchySeq u
x : E
hx : Tendsto u atTop (𝓝 x)
xmem : x ∈ closedBall b ε
⊢ ∀ᶠ (a : ℕ) in atTop,
    (fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x))^[a] b ∈ closedBall b ε
[PROOFSTEP]
exact eventually_of_forall fun n => C n _ (D n).2
[GOAL]
case inr.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
this : CauchySeq u
x : E
hx : Tendsto u atTop (𝓝 x)
xmem : x ∈ closedBall b ε
hx' : Tendsto u atTop (𝓝[closedBall b ε] x)
⊢ f x = y
[PROOFSTEP]
have T1 : Tendsto (f ∘ u) atTop (𝓝 (f x)) := (hf.continuousOn.mono hε x xmem).tendsto.comp hx'
[GOAL]
case inr.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
this : CauchySeq u
x : E
hx : Tendsto u atTop (𝓝 x)
xmem : x ∈ closedBall b ε
hx' : Tendsto u atTop (𝓝[closedBall b ε] x)
T1 : Tendsto (f ∘ u) atTop (𝓝 (f x))
⊢ f x = y
[PROOFSTEP]
have T2 : Tendsto (f ∘ u) atTop (𝓝 y) := by
  rw [tendsto_iff_dist_tendsto_zero]
  refine' squeeze_zero (fun _ => dist_nonneg) (fun n => (D n).1) _
  simpa using (tendsto_pow_atTop_nhds_0_of_lt_1 (by positivity) Icf').mul tendsto_const_nhds
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
this : CauchySeq u
x : E
hx : Tendsto u atTop (𝓝 x)
xmem : x ∈ closedBall b ε
hx' : Tendsto u atTop (𝓝[closedBall b ε] x)
T1 : Tendsto (f ∘ u) atTop (𝓝 (f x))
⊢ Tendsto (f ∘ u) atTop (𝓝 y)
[PROOFSTEP]
rw [tendsto_iff_dist_tendsto_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
this : CauchySeq u
x : E
hx : Tendsto u atTop (𝓝 x)
xmem : x ∈ closedBall b ε
hx' : Tendsto u atTop (𝓝[closedBall b ε] x)
T1 : Tendsto (f ∘ u) atTop (𝓝 (f x))
⊢ Tendsto (fun b => dist ((f ∘ u) b) y) atTop (𝓝 0)
[PROOFSTEP]
refine' squeeze_zero (fun _ => dist_nonneg) (fun n => (D n).1) _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
this : CauchySeq u
x : E
hx : Tendsto u atTop (𝓝 x)
xmem : x ∈ closedBall b ε
hx' : Tendsto u atTop (𝓝[closedBall b ε] x)
T1 : Tendsto (f ∘ u) atTop (𝓝 (f x))
⊢ Tendsto (fun n => (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y) atTop (𝓝 0)
[PROOFSTEP]
simpa using (tendsto_pow_atTop_nhds_0_of_lt_1 (by positivity) Icf').mul tendsto_const_nhds
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
this : CauchySeq u
x : E
hx : Tendsto u atTop (𝓝 x)
xmem : x ∈ closedBall b ε
hx' : Tendsto u atTop (𝓝[closedBall b ε] x)
T1 : Tendsto (f ∘ u) atTop (𝓝 (f x))
⊢ 0 ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm
[PROOFSTEP]
positivity
[GOAL]
case inr.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
ε : ℝ
b : E
ε0 : 0 ≤ ε
hε : closedBall b ε ⊆ s
y : F
hy : y ∈ closedBall (f b) (((↑f'symm.nnnorm)⁻¹ - ↑c) * ε)
hc : ↑c < (↑f'symm.nnnorm)⁻¹
If' : 0 < ↑f'symm.nnnorm
Icf' : ↑c * ↑f'symm.nnnorm < 1
Jf' : ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
Jcf' : 1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm ≠ 0
g : E → E := fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
hg : g = fun x => x + ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse.toFun f'symm (y - f x)
u : ℕ → E := fun n => g^[n] b
hu : u = fun n => g^[n] b
usucc : ∀ (n : ℕ), u (n + 1) = g (u n)
A : ∀ (z : E), dist (g z) z ≤ ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
B : ∀ (z : E), z ∈ closedBall b ε → g z ∈ closedBall b ε → dist (f (g z)) y ≤ ↑c * ↑f'symm.nnnorm * dist (f z) y
C :
  ∀ (n : ℕ) (w : E),
    dist w b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y →
      w ∈ closedBall b ε
D :
  ∀ (n : ℕ),
    dist (f (u n)) y ≤ (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n * dist (f b) y ∧
      dist (u n) b ≤ ↑f'symm.nnnorm * (1 - (↑c * ↑f'symm.nnnorm) ^ n) / (1 - ↑c * ↑f'symm.nnnorm) * dist (f b) y
this : CauchySeq u
x : E
hx : Tendsto u atTop (𝓝 x)
xmem : x ∈ closedBall b ε
hx' : Tendsto u atTop (𝓝[closedBall b ε] x)
T1 : Tendsto (f ∘ u) atTop (𝓝 (f x))
T2 : Tendsto (f ∘ u) atTop (𝓝 y)
⊢ f x = y
[PROOFSTEP]
exact tendsto_nhds_unique T1 T2
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
hs : IsOpen s
hc : Subsingleton F ∨ c < f'symm.nnnorm⁻¹
⊢ IsOpen (f '' s)
[PROOFSTEP]
cases' hc with hE hc
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
hs : IsOpen s
hE : Subsingleton F
⊢ IsOpen (f '' s)
[PROOFSTEP]
skip
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
hs : IsOpen s
hE : Subsingleton F
⊢ IsOpen (f '' s)
[PROOFSTEP]
apply isOpen_discrete
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
hs : IsOpen s
hc : c < f'symm.nnnorm⁻¹
⊢ IsOpen (f '' s)
[PROOFSTEP]
simp only [isOpen_iff_mem_nhds, nhds_basis_closedBall.mem_iff, ball_image_iff] at hs ⊢
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
hc : c < f'symm.nnnorm⁻¹
hs : ∀ (a : E), a ∈ s → ∃ i, 0 < i ∧ closedBall a i ⊆ s
⊢ ∀ (x : E), x ∈ s → ∃ i, 0 < i ∧ closedBall (f x) i ⊆ f '' s
[PROOFSTEP]
intro x hx
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
hc : c < f'symm.nnnorm⁻¹
hs : ∀ (a : E), a ∈ s → ∃ i, 0 < i ∧ closedBall a i ⊆ s
x : E
hx : x ∈ s
⊢ ∃ i, 0 < i ∧ closedBall (f x) i ⊆ f '' s
[PROOFSTEP]
rcases hs x hx with ⟨ε, ε0, hε⟩
[GOAL]
case inr.intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
hc : c < f'symm.nnnorm⁻¹
hs : ∀ (a : E), a ∈ s → ∃ i, 0 < i ∧ closedBall a i ⊆ s
x : E
hx : x ∈ s
ε : ℝ
ε0 : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ s
⊢ ∃ i, 0 < i ∧ closedBall (f x) i ⊆ f '' s
[PROOFSTEP]
refine' ⟨(f'symm.nnnorm⁻¹ - c) * ε, mul_pos (sub_pos.2 hc) ε0, _⟩
[GOAL]
case inr.intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε✝ : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
hc : c < f'symm.nnnorm⁻¹
hs : ∀ (a : E), a ∈ s → ∃ i, 0 < i ∧ closedBall a i ⊆ s
x : E
hx : x ∈ s
ε : ℝ
ε0 : 0 < ε
hε : closedBall x ε ⊆ s
⊢ closedBall (f x) ((↑f'symm.nnnorm⁻¹ - ↑c) * ε) ⊆ f '' s
[PROOFSTEP]
exact (hf.surjOn_closedBall_of_nonlinearRightInverse f'symm (le_of_lt ε0) hε).mono hε Subset.rfl
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
x : E
hs : s ∈ 𝓝 x
hc : Subsingleton F ∨ c < f'symm.nnnorm⁻¹
⊢ f '' s ∈ 𝓝 (f x)
[PROOFSTEP]
obtain ⟨t, hts, ht, xt⟩ : ∃ t, t ⊆ s ∧ IsOpen t ∧ x ∈ t := _root_.mem_nhds_iff.1 hs
[GOAL]
case intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
x : E
hs : s ∈ 𝓝 x
hc : Subsingleton F ∨ c < f'symm.nnnorm⁻¹
t : Set E
hts : t ⊆ s
ht : IsOpen t
xt : x ∈ t
⊢ f '' s ∈ 𝓝 (f x)
[PROOFSTEP]
have := IsOpen.mem_nhds ((hf.mono_set hts).open_image f'symm ht hc) (mem_image_of_mem _ xt)
[GOAL]
case intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
x : E
hs : s ∈ 𝓝 x
hc : Subsingleton F ∨ c < f'symm.nnnorm⁻¹
t : Set E
hts : t ⊆ s
ht : IsOpen t
xt : x ∈ t
this : f '' t ∈ 𝓝 (f x)
⊢ f '' s ∈ 𝓝 (f x)
[PROOFSTEP]
exact mem_of_superset this (image_subset _ hts)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
x : E
hs : s ∈ 𝓝 x
hc : Subsingleton F ∨ c < f'symm.nnnorm⁻¹
⊢ map f (𝓝 x) = 𝓝 (f x)
[PROOFSTEP]
refine' le_antisymm ((hf.continuousOn x (mem_of_mem_nhds hs)).continuousAt hs) (le_map fun t ht => _)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
x : E
hs : s ∈ 𝓝 x
hc : Subsingleton F ∨ c < f'symm.nnnorm⁻¹
t : Set E
ht : t ∈ 𝓝 x
⊢ f '' t ∈ 𝓝 (f x)
[PROOFSTEP]
have : f '' (s ∩ t) ∈ 𝓝 (f x) := (hf.mono_set (inter_subset_left s t)).image_mem_nhds f'symm (inter_mem hs ht) hc
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
s : Set E
c : ℝ≥0
f' : E →L[𝕜] F
hf : ApproximatesLinearOn f f' s c
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f'
x : E
hs : s ∈ 𝓝 x
hc : Subsingleton F ∨ c < f'symm.nnnorm⁻¹
t : Set E
ht : t ∈ 𝓝 x
this : f '' (s ∩ t) ∈ 𝓝 (f x)
⊢ f '' t ∈ 𝓝 (f x)
[PROOFSTEP]
exact mem_of_superset this (image_subset _ (inter_subset_right _ _))
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ AntilipschitzWith (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ (restrict s f)
[PROOFSTEP]
cases' hc with hE hc
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hE : Subsingleton E
⊢ AntilipschitzWith (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ (restrict s f)
[PROOFSTEP]
haveI : Subsingleton s := ⟨fun x y => Subtype.eq <| @Subsingleton.elim _ hE _ _⟩
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hE : Subsingleton E
this : Subsingleton ↑s
⊢ AntilipschitzWith (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ (restrict s f)
[PROOFSTEP]
exact AntilipschitzWith.of_subsingleton
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ AntilipschitzWith (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ (restrict s f)
[PROOFSTEP]
convert (f'.antilipschitz.restrict s).add_lipschitzWith hf.lipschitz_sub hc
[GOAL]
case h.e'_6.h
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
x✝ : ↑s
⊢ restrict s f x✝ = restrict s (↑f') x✝ + (f ↑x✝ - ↑↑f' ↑x✝)
[PROOFSTEP]
simp [restrict]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ Surjective f
[PROOFSTEP]
cases' hc with hE hc
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hE : Subsingleton E
⊢ Surjective f
[PROOFSTEP]
haveI : Subsingleton F := (Equiv.subsingleton_congr f'.toEquiv).1 hE
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hE : Subsingleton E
this : Subsingleton F
⊢ Surjective f
[PROOFSTEP]
exact surjective_to_subsingleton _
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ Surjective f
[PROOFSTEP]
apply forall_of_forall_mem_closedBall (fun y : F => ∃ a, f a = y) (f 0) _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ ∃ᶠ (R : ℝ) in atTop, ∀ (y : F), y ∈ closedBall (f 0) R → (fun y => ∃ a, f a = y) y
[PROOFSTEP]
have hc' : (0 : ℝ) < N⁻¹ - c := by rw [sub_pos]; exact hc
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ 0 < ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c
[PROOFSTEP]
rw [sub_pos]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ ↑c < ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
[PROOFSTEP]
exact hc
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
hc' : 0 < ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c
⊢ ∃ᶠ (R : ℝ) in atTop, ∀ (y : F), y ∈ closedBall (f 0) R → (fun y => ∃ a, f a = y) y
[PROOFSTEP]
let p : ℝ → Prop := fun R => closedBall (f 0) R ⊆ Set.range f
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
hc' : 0 < ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c
p : ℝ → Prop := fun R => closedBall (f 0) R ⊆ range f
⊢ ∃ᶠ (R : ℝ) in atTop, ∀ (y : F), y ∈ closedBall (f 0) R → (fun y => ∃ a, f a = y) y
[PROOFSTEP]
have hp : ∀ᶠ r : ℝ in atTop, p ((N⁻¹ - c) * r) :=
  by
  have hr : ∀ᶠ r : ℝ in atTop, 0 ≤ r := eventually_ge_atTop 0
  refine' hr.mono fun r hr => Subset.trans _ (image_subset_range f (closedBall 0 r))
  refine' hf.surjOn_closedBall_of_nonlinearRightInverse f'.toNonlinearRightInverse hr _
  exact subset_univ _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
hc' : 0 < ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c
p : ℝ → Prop := fun R => closedBall (f 0) R ⊆ range f
⊢ ∀ᶠ (r : ℝ) in atTop, p ((↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c) * r)
[PROOFSTEP]
have hr : ∀ᶠ r : ℝ in atTop, 0 ≤ r := eventually_ge_atTop 0
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
hc' : 0 < ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c
p : ℝ → Prop := fun R => closedBall (f 0) R ⊆ range f
hr : ∀ᶠ (r : ℝ) in atTop, 0 ≤ r
⊢ ∀ᶠ (r : ℝ) in atTop, p ((↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c) * r)
[PROOFSTEP]
refine' hr.mono fun r hr => Subset.trans _ (image_subset_range f (closedBall 0 r))
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
hc' : 0 < ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c
p : ℝ → Prop := fun R => closedBall (f 0) R ⊆ range f
hr✝ : ∀ᶠ (r : ℝ) in atTop, 0 ≤ r
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
⊢ closedBall (f 0) ((↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c) * r) ⊆ f '' closedBall 0 r
[PROOFSTEP]
refine' hf.surjOn_closedBall_of_nonlinearRightInverse f'.toNonlinearRightInverse hr _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
hc' : 0 < ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c
p : ℝ → Prop := fun R => closedBall (f 0) R ⊆ range f
hr✝ : ∀ᶠ (r : ℝ) in atTop, 0 ≤ r
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
⊢ closedBall 0 r ⊆ univ
[PROOFSTEP]
exact subset_univ _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
hc' : 0 < ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c
p : ℝ → Prop := fun R => closedBall (f 0) R ⊆ range f
hp : ∀ᶠ (r : ℝ) in atTop, p ((↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c) * r)
⊢ ∃ᶠ (R : ℝ) in atTop, ∀ (y : F), y ∈ closedBall (f 0) R → (fun y => ∃ a, f a = y) y
[PROOFSTEP]
refine' ((tendsto_id.const_mul_atTop hc').frequently hp.frequently).mono _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
inst✝ : CompleteSpace E
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
hc' : 0 < ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c
p : ℝ → Prop := fun R => closedBall (f 0) R ⊆ range f
hp : ∀ᶠ (r : ℝ) in atTop, p ((↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - ↑c) * r)
⊢ ∀ (x : ℝ), p x → ∀ (y : F), y ∈ closedBall (f 0) x → (fun y => ∃ a, f a = y) y
[PROOFSTEP]
exact fun R h y hy => h hy
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ ContinuousOn (↑(LocalEquiv.symm (toLocalEquiv hf hc))) (f '' s)
[PROOFSTEP]
apply continuousOn_iff_continuous_restrict.2
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ Continuous (restrict (f '' s) ↑(LocalEquiv.symm (toLocalEquiv hf hc)))
[PROOFSTEP]
refine' ((hf.antilipschitz hc).to_rightInvOn' _ (hf.toLocalEquiv hc).right_inv').continuous
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ MapsTo (fun x => LocalEquiv.invFun (toLocalEquiv hf hc) x) (toLocalEquiv hf hc).target s
[PROOFSTEP]
exact fun x hx => (hf.toLocalEquiv hc).map_target hx
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
x : F
hx : x ∈ f '' s
y : F
hy : y ∈ f '' s
⊢ ‖↑(LocalEquiv.symm (toLocalEquiv hf hc)) x - ↑(LocalEquiv.symm (toLocalEquiv hf hc)) y -
        ↑↑(ContinuousLinearEquiv.symm f') (x - y)‖ ≤
    ↑(‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ * (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ * c) * ‖x - y‖
[PROOFSTEP]
set A := hf.toLocalEquiv hc
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
x : F
hx : x ∈ f '' s
y : F
hy : y ∈ f '' s
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
⊢ ‖↑(LocalEquiv.symm A) x - ↑(LocalEquiv.symm A) y - ↑↑(ContinuousLinearEquiv.symm f') (x - y)‖ ≤
    ↑(‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ * (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ * c) * ‖x - y‖
[PROOFSTEP]
have Af : ∀ z, A z = f z := fun z => rfl
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
x : F
hx : x ∈ f '' s
y : F
hy : y ∈ f '' s
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
Af : ∀ (z : E), ↑A z = f z
⊢ ‖↑(LocalEquiv.symm A) x - ↑(LocalEquiv.symm A) y - ↑↑(ContinuousLinearEquiv.symm f') (x - y)‖ ≤
    ↑(‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ * (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ * c) * ‖x - y‖
[PROOFSTEP]
rcases(mem_image _ _ _).1 hx with ⟨x', x's, rfl⟩
[GOAL]
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
y : F
hy : y ∈ f '' s
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
Af : ∀ (z : E), ↑A z = f z
x' : E
x's : x' ∈ s
hx : f x' ∈ f '' s
⊢ ‖↑(LocalEquiv.symm A) (f x') - ↑(LocalEquiv.symm A) y - ↑↑(ContinuousLinearEquiv.symm f') (f x' - y)‖ ≤
    ↑(‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ * (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ * c) * ‖f x' - y‖
[PROOFSTEP]
rcases(mem_image _ _ _).1 hy with ⟨y', y's, rfl⟩
[GOAL]
case intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
Af : ∀ (z : E), ↑A z = f z
x' : E
x's : x' ∈ s
hx : f x' ∈ f '' s
y' : E
y's : y' ∈ s
hy : f y' ∈ f '' s
⊢ ‖↑(LocalEquiv.symm A) (f x') - ↑(LocalEquiv.symm A) (f y') - ↑↑(ContinuousLinearEquiv.symm f') (f x' - f y')‖ ≤
    ↑(‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ * (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ * c) * ‖f x' - f y'‖
[PROOFSTEP]
rw [← Af x', ← Af y', A.left_inv x's, A.left_inv y's]
[GOAL]
case intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
Af : ∀ (z : E), ↑A z = f z
x' : E
x's : x' ∈ s
hx : f x' ∈ f '' s
y' : E
y's : y' ∈ s
hy : f y' ∈ f '' s
⊢ ‖x' - y' - ↑↑(ContinuousLinearEquiv.symm f') (↑A x' - ↑A y')‖ ≤
    ↑(‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ * (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ * c) * ‖↑A x' - ↑A y'‖
[PROOFSTEP]
calc
  ‖x' - y' - f'.symm (A x' - A y')‖ ≤ N * ‖f' (x' - y' - f'.symm (A x' - A y'))‖ :=
    (f' : E →L[𝕜] F).bound_of_antilipschitz f'.antilipschitz _
  _ = N * ‖A y' - A x' - f' (y' - x')‖ := by
    congr 2
    simp only [ContinuousLinearEquiv.apply_symm_apply, ContinuousLinearEquiv.map_sub]
    abel
  _ ≤ N * (c * ‖y' - x'‖) := (mul_le_mul_of_nonneg_left (hf _ y's _ x's) (NNReal.coe_nonneg _))
  _ ≤ N * (c * (((N⁻¹ - c)⁻¹ : ℝ≥0) * ‖A y' - A x'‖)) := by
    gcongr
    rw [← dist_eq_norm, ← dist_eq_norm]
    exact (hf.antilipschitz hc).le_mul_dist ⟨y', y's⟩ ⟨x', x's⟩
  _ = (N * (N⁻¹ - c)⁻¹ * c : ℝ≥0) * ‖A x' - A y'‖ := by simp only [norm_sub_rev, NNReal.coe_mul]; ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
Af : ∀ (z : E), ↑A z = f z
x' : E
x's : x' ∈ s
hx : f x' ∈ f '' s
y' : E
y's : y' ∈ s
hy : f y' ∈ f '' s
⊢ ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ * ‖↑f' (x' - y' - ↑(ContinuousLinearEquiv.symm f') (↑A x' - ↑A y'))‖ =
    ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ * ‖↑A y' - ↑A x' - ↑f' (y' - x')‖
[PROOFSTEP]
congr 2
[GOAL]
case e_a.e_a
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
Af : ∀ (z : E), ↑A z = f z
x' : E
x's : x' ∈ s
hx : f x' ∈ f '' s
y' : E
y's : y' ∈ s
hy : f y' ∈ f '' s
⊢ ↑f' (x' - y' - ↑(ContinuousLinearEquiv.symm f') (↑A x' - ↑A y')) = ↑A y' - ↑A x' - ↑f' (y' - x')
[PROOFSTEP]
simp only [ContinuousLinearEquiv.apply_symm_apply, ContinuousLinearEquiv.map_sub]
[GOAL]
case e_a.e_a
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
Af : ∀ (z : E), ↑A z = f z
x' : E
x's : x' ∈ s
hx : f x' ∈ f '' s
y' : E
y's : y' ∈ s
hy : f y' ∈ f '' s
⊢ ↑f' x' - ↑f' y' - (↑(toLocalEquiv hf hc) x' - ↑(toLocalEquiv hf hc) y') =
    ↑(toLocalEquiv hf hc) y' - ↑(toLocalEquiv hf hc) x' - (↑f' y' - ↑f' x')
[PROOFSTEP]
abel
[GOAL]
case e_a.e_a
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
Af : ∀ (z : E), ↑A z = f z
x' : E
x's : x' ∈ s
hx : f x' ∈ f '' s
y' : E
y's : y' ∈ s
hy : f y' ∈ f '' s
⊢ ↑f' x' - ↑f' y' - (↑(toLocalEquiv hf hc) x' - ↑(toLocalEquiv hf hc) y') =
    ↑(toLocalEquiv hf hc) y' - ↑(toLocalEquiv hf hc) x' - (↑f' y' - ↑f' x')
[PROOFSTEP]
abel
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
Af : ∀ (z : E), ↑A z = f z
x' : E
x's : x' ∈ s
hx : f x' ∈ f '' s
y' : E
y's : y' ∈ s
hy : f y' ∈ f '' s
⊢ ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ * (↑c * ‖y' - x'‖) ≤
    ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ * (↑c * (↑(‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ * ‖↑A y' - ↑A x'‖))
[PROOFSTEP]
gcongr
[GOAL]
case h.h
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
Af : ∀ (z : E), ↑A z = f z
x' : E
x's : x' ∈ s
hx : f x' ∈ f '' s
y' : E
y's : y' ∈ s
hy : f y' ∈ f '' s
⊢ ‖y' - x'‖ ≤ ↑(‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ * ‖↑A y' - ↑A x'‖
[PROOFSTEP]
rw [← dist_eq_norm, ← dist_eq_norm]
[GOAL]
case h.h
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
Af : ∀ (z : E), ↑A z = f z
x' : E
x's : x' ∈ s
hx : f x' ∈ f '' s
y' : E
y's : y' ∈ s
hy : f y' ∈ f '' s
⊢ dist y' x' ≤ ↑(‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ * dist (↑A y') (↑A x')
[PROOFSTEP]
exact (hf.antilipschitz hc).le_mul_dist ⟨y', y's⟩ ⟨x', x's⟩
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
Af : ∀ (z : E), ↑A z = f z
x' : E
x's : x' ∈ s
hx : f x' ∈ f '' s
y' : E
y's : y' ∈ s
hy : f y' ∈ f '' s
⊢ ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ * (↑c * (↑(‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ * ‖↑A y' - ↑A x'‖)) =
    ↑(‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ * (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ * c) * ‖↑A x' - ↑A y'‖
[PROOFSTEP]
simp only [norm_sub_rev, NNReal.coe_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
A : LocalEquiv E F := toLocalEquiv hf hc
Af : ∀ (z : E), ↑A z = f z
x' : E
x's : x' ∈ s
hx : f x' ∈ f '' s
y' : E
y's : y' ∈ s
hy : f y' ∈ f '' s
⊢ ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ *
      (↑c * (↑(‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ * ‖↑(toLocalEquiv hf hc) x' - ↑(toLocalEquiv hf hc) y'‖)) =
    ↑‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊ * ↑(‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ - c)⁻¹ * ↑c *
      ‖↑(toLocalEquiv hf hc) x' - ↑(toLocalEquiv hf hc) y'‖
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
hs : IsOpen s
⊢ Subsingleton F ∨ c < (ContinuousLinearEquiv.toNonlinearRightInverse f').nnnorm⁻¹
[PROOFSTEP]
rwa [f'.toEquiv.subsingleton_congr] at hc 
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ E ≃ₜ F
[PROOFSTEP]
refine' (hf.toLocalHomeomorph _ _ hc isOpen_univ).toHomeomorphOfSourceEqUnivTargetEqUniv rfl _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ (toLocalHomeomorph f univ hf hc (_ : IsOpen univ)).toLocalEquiv.target = univ
[PROOFSTEP]
change f '' univ = univ
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ f '' univ = univ
[PROOFSTEP]
rw [image_univ, range_iff_surjective]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
s : Set E
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') univ c
hc : Subsingleton E ∨ c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ Surjective f
[PROOFSTEP]
exact hf.surjective hc
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E✝ : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E✝
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E✝
F✝ : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F✝
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝⁵ : CompleteSpace E✝
f✝ : E✝ → F✝
f'✝ : E✝ ≃L[𝕜] F✝
s✝ : Set E✝
c✝ : ℝ≥0
E : Type u_6
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
F : Type u_7
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
inst✝ : FiniteDimensional ℝ F
s : Set E
f : E → F
f' : E ≃L[ℝ] F
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ lipschitzExtensionConstant F * c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
⊢ ∃ g, EqOn f (↑g) s
[PROOFSTEP]
obtain ⟨u, hu, uf⟩ : ∃ u : E → F, LipschitzWith (lipschitzExtensionConstant F * c) u ∧ EqOn (f - ⇑f') u s :=
  hf.lipschitzOnWith.extend_finite_dimension
[GOAL]
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E✝ : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E✝
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E✝
F✝ : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F✝
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝⁵ : CompleteSpace E✝
f✝ : E✝ → F✝
f'✝ : E✝ ≃L[𝕜] F✝
s✝ : Set E✝
c✝ : ℝ≥0
E : Type u_6
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
F : Type u_7
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
inst✝ : FiniteDimensional ℝ F
s : Set E
f : E → F
f' : E ≃L[ℝ] F
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ lipschitzExtensionConstant F * c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
u : E → F
hu : LipschitzWith (lipschitzExtensionConstant F * c) u
uf : EqOn (f - ↑f') u s
⊢ ∃ g, EqOn f (↑g) s
[PROOFSTEP]
let g : E → F := fun x => f' x + u x
[GOAL]
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E✝ : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E✝
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E✝
F✝ : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F✝
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝⁵ : CompleteSpace E✝
f✝ : E✝ → F✝
f'✝ : E✝ ≃L[𝕜] F✝
s✝ : Set E✝
c✝ : ℝ≥0
E : Type u_6
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
F : Type u_7
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
inst✝ : FiniteDimensional ℝ F
s : Set E
f : E → F
f' : E ≃L[ℝ] F
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ lipschitzExtensionConstant F * c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
u : E → F
hu : LipschitzWith (lipschitzExtensionConstant F * c) u
uf : EqOn (f - ↑f') u s
g : E → F := fun x => ↑f' x + u x
⊢ ∃ g, EqOn f (↑g) s
[PROOFSTEP]
have fg : EqOn f g s := fun x hx => by simp_rw [← uf hx, Pi.sub_apply, add_sub_cancel'_right]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E✝ : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E✝
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E✝
F✝ : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F✝
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝⁵ : CompleteSpace E✝
f✝ : E✝ → F✝
f'✝ : E✝ ≃L[𝕜] F✝
s✝ : Set E✝
c✝ : ℝ≥0
E : Type u_6
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
F : Type u_7
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
inst✝ : FiniteDimensional ℝ F
s : Set E
f : E → F
f' : E ≃L[ℝ] F
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ lipschitzExtensionConstant F * c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
u : E → F
hu : LipschitzWith (lipschitzExtensionConstant F * c) u
uf : EqOn (f - ↑f') u s
g : E → F := fun x => ↑f' x + u x
x : E
hx : x ∈ s
⊢ f x = g x
[PROOFSTEP]
simp_rw [← uf hx, Pi.sub_apply, add_sub_cancel'_right]
[GOAL]
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E✝ : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E✝
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E✝
F✝ : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F✝
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝⁵ : CompleteSpace E✝
f✝ : E✝ → F✝
f'✝ : E✝ ≃L[𝕜] F✝
s✝ : Set E✝
c✝ : ℝ≥0
E : Type u_6
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
F : Type u_7
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
inst✝ : FiniteDimensional ℝ F
s : Set E
f : E → F
f' : E ≃L[ℝ] F
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ lipschitzExtensionConstant F * c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
u : E → F
hu : LipschitzWith (lipschitzExtensionConstant F * c) u
uf : EqOn (f - ↑f') u s
g : E → F := fun x => ↑f' x + u x
fg : EqOn f g s
⊢ ∃ g, EqOn f (↑g) s
[PROOFSTEP]
have hg : ApproximatesLinearOn g (f' : E →L[ℝ] F) univ (lipschitzExtensionConstant F * c) :=
  by
  apply LipschitzOnWith.approximatesLinearOn
  rw [lipschitz_on_univ]
  convert hu
  ext x
  simp only [add_sub_cancel', ContinuousLinearEquiv.coe_coe, Pi.sub_apply]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E✝ : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E✝
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E✝
F✝ : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F✝
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝⁵ : CompleteSpace E✝
f✝ : E✝ → F✝
f'✝ : E✝ ≃L[𝕜] F✝
s✝ : Set E✝
c✝ : ℝ≥0
E : Type u_6
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
F : Type u_7
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
inst✝ : FiniteDimensional ℝ F
s : Set E
f : E → F
f' : E ≃L[ℝ] F
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ lipschitzExtensionConstant F * c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
u : E → F
hu : LipschitzWith (lipschitzExtensionConstant F * c) u
uf : EqOn (f - ↑f') u s
g : E → F := fun x => ↑f' x + u x
fg : EqOn f g s
⊢ ApproximatesLinearOn g (↑f') univ (lipschitzExtensionConstant F * c)
[PROOFSTEP]
apply LipschitzOnWith.approximatesLinearOn
[GOAL]
case a
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E✝ : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E✝
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E✝
F✝ : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F✝
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝⁵ : CompleteSpace E✝
f✝ : E✝ → F✝
f'✝ : E✝ ≃L[𝕜] F✝
s✝ : Set E✝
c✝ : ℝ≥0
E : Type u_6
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
F : Type u_7
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
inst✝ : FiniteDimensional ℝ F
s : Set E
f : E → F
f' : E ≃L[ℝ] F
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ lipschitzExtensionConstant F * c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
u : E → F
hu : LipschitzWith (lipschitzExtensionConstant F * c) u
uf : EqOn (f - ↑f') u s
g : E → F := fun x => ↑f' x + u x
fg : EqOn f g s
⊢ LipschitzOnWith (lipschitzExtensionConstant F * c) (g - ↑↑f') univ
[PROOFSTEP]
rw [lipschitz_on_univ]
[GOAL]
case a
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E✝ : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E✝
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E✝
F✝ : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F✝
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝⁵ : CompleteSpace E✝
f✝ : E✝ → F✝
f'✝ : E✝ ≃L[𝕜] F✝
s✝ : Set E✝
c✝ : ℝ≥0
E : Type u_6
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
F : Type u_7
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
inst✝ : FiniteDimensional ℝ F
s : Set E
f : E → F
f' : E ≃L[ℝ] F
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ lipschitzExtensionConstant F * c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
u : E → F
hu : LipschitzWith (lipschitzExtensionConstant F * c) u
uf : EqOn (f - ↑f') u s
g : E → F := fun x => ↑f' x + u x
fg : EqOn f g s
⊢ LipschitzWith (lipschitzExtensionConstant F * c) (g - ↑↑f')
[PROOFSTEP]
convert hu
[GOAL]
case h.e'_6
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E✝ : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E✝
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E✝
F✝ : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F✝
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝⁵ : CompleteSpace E✝
f✝ : E✝ → F✝
f'✝ : E✝ ≃L[𝕜] F✝
s✝ : Set E✝
c✝ : ℝ≥0
E : Type u_6
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
F : Type u_7
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
inst✝ : FiniteDimensional ℝ F
s : Set E
f : E → F
f' : E ≃L[ℝ] F
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ lipschitzExtensionConstant F * c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
u : E → F
hu : LipschitzWith (lipschitzExtensionConstant F * c) u
uf : EqOn (f - ↑f') u s
g : E → F := fun x => ↑f' x + u x
fg : EqOn f g s
⊢ g - ↑↑f' = u
[PROOFSTEP]
ext x
[GOAL]
case h.e'_6.h
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E✝ : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E✝
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E✝
F✝ : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F✝
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝⁵ : CompleteSpace E✝
f✝ : E✝ → F✝
f'✝ : E✝ ≃L[𝕜] F✝
s✝ : Set E✝
c✝ : ℝ≥0
E : Type u_6
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
F : Type u_7
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
inst✝ : FiniteDimensional ℝ F
s : Set E
f : E → F
f' : E ≃L[ℝ] F
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ lipschitzExtensionConstant F * c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
u : E → F
hu : LipschitzWith (lipschitzExtensionConstant F * c) u
uf : EqOn (f - ↑f') u s
g : E → F := fun x => ↑f' x + u x
fg : EqOn f g s
x : E
⊢ (g - ↑↑f') x = u x
[PROOFSTEP]
simp only [add_sub_cancel', ContinuousLinearEquiv.coe_coe, Pi.sub_apply]
[GOAL]
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E✝ : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E✝
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E✝
F✝ : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F✝
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝⁵ : CompleteSpace E✝
f✝ : E✝ → F✝
f'✝ : E✝ ≃L[𝕜] F✝
s✝ : Set E✝
c✝ : ℝ≥0
E : Type u_6
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
F : Type u_7
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
inst✝ : FiniteDimensional ℝ F
s : Set E
f : E → F
f' : E ≃L[ℝ] F
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ lipschitzExtensionConstant F * c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
u : E → F
hu : LipschitzWith (lipschitzExtensionConstant F * c) u
uf : EqOn (f - ↑f') u s
g : E → F := fun x => ↑f' x + u x
fg : EqOn f g s
hg : ApproximatesLinearOn g (↑f') univ (lipschitzExtensionConstant F * c)
⊢ ∃ g, EqOn f (↑g) s
[PROOFSTEP]
haveI : FiniteDimensional ℝ E := f'.symm.finiteDimensional
[GOAL]
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E✝ : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E✝
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E✝
F✝ : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F✝
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝⁵ : CompleteSpace E✝
f✝ : E✝ → F✝
f'✝ : E✝ ≃L[𝕜] F✝
s✝ : Set E✝
c✝ : ℝ≥0
E : Type u_6
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : NormedSpace ℝ E
F : Type u_7
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : NormedSpace ℝ F
inst✝ : FiniteDimensional ℝ F
s : Set E
f : E → F
f' : E ≃L[ℝ] F
c : ℝ≥0
hf : ApproximatesLinearOn f (↑f') s c
hc : Subsingleton E ∨ lipschitzExtensionConstant F * c < ‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹
u : E → F
hu : LipschitzWith (lipschitzExtensionConstant F * c) u
uf : EqOn (f - ↑f') u s
g : E → F := fun x => ↑f' x + u x
fg : EqOn f g s
hg : ApproximatesLinearOn g (↑f') univ (lipschitzExtensionConstant F * c)
this : FiniteDimensional ℝ E
⊢ ∃ g, EqOn f (↑g) s
[PROOFSTEP]
exact ⟨hg.toHomeomorph g hc, fg⟩
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁸ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝³ : NormedAddCommGroup G
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝¹ : NormedAddCommGroup G'
inst✝ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
c : ℝ≥0
hc : Subsingleton E ∨ 0 < c
⊢ ∃ s, s ∈ 𝓝 a ∧ ApproximatesLinearOn f f' s c
[PROOFSTEP]
cases' hc with hE hc
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
inst✝⁸ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝³ : NormedAddCommGroup G
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝¹ : NormedAddCommGroup G'
inst✝ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
c : ℝ≥0
hE : Subsingleton E
⊢ ∃ s, s ∈ 𝓝 a ∧ ApproximatesLinearOn f f' s c
[PROOFSTEP]
refine' ⟨univ, IsOpen.mem_nhds isOpen_univ trivial, fun x _ y _ => _⟩
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
inst✝⁸ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝³ : NormedAddCommGroup G
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝¹ : NormedAddCommGroup G'
inst✝ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
c : ℝ≥0
hE : Subsingleton E
x : E
x✝¹ : x ∈ univ
y : E
x✝ : y ∈ univ
⊢ ‖f x - f y - ↑f' (x - y)‖ ≤ ↑c * ‖x - y‖
[PROOFSTEP]
simp [@Subsingleton.elim E hE x y]
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁸ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝³ : NormedAddCommGroup G
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝¹ : NormedAddCommGroup G'
inst✝ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
c : ℝ≥0
hc : 0 < c
⊢ ∃ s, s ∈ 𝓝 a ∧ ApproximatesLinearOn f f' s c
[PROOFSTEP]
have := hf.def hc
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁸ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝³ : NormedAddCommGroup G
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝¹ : NormedAddCommGroup G'
inst✝ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
c : ℝ≥0
hc : 0 < c
this : ∀ᶠ (x : E × E) in 𝓝 (a, a), ‖f x.fst - f x.snd - ↑f' (x.fst - x.snd)‖ ≤ (fun a => ↑a) c * ‖x.fst - x.snd‖
⊢ ∃ s, s ∈ 𝓝 a ∧ ApproximatesLinearOn f f' s c
[PROOFSTEP]
rw [nhds_prod_eq, Filter.Eventually, mem_prod_same_iff] at this 
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
inst✝⁸ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝³ : NormedAddCommGroup G
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝¹ : NormedAddCommGroup G'
inst✝ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
c : ℝ≥0
hc : 0 < c
this : ∃ t, t ∈ 𝓝 a ∧ t ×ˢ t ⊆ {x | ‖f x.fst - f x.snd - ↑f' (x.fst - x.snd)‖ ≤ (fun a => ↑a) c * ‖x.fst - x.snd‖}
⊢ ∃ s, s ∈ 𝓝 a ∧ ApproximatesLinearOn f f' s c
[PROOFSTEP]
rcases this with ⟨s, has, hs⟩
[GOAL]
case inr.intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝⁸ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝³ : NormedAddCommGroup G
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝¹ : NormedAddCommGroup G'
inst✝ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
c : ℝ≥0
hc : 0 < c
s : Set E
has : s ∈ 𝓝 a
hs : s ×ˢ s ⊆ {x | ‖f x.fst - f x.snd - ↑f' (x.fst - x.snd)‖ ≤ (fun a => ↑a) c * ‖x.fst - x.snd‖}
⊢ ∃ s, s ∈ 𝓝 a ∧ ApproximatesLinearOn f f' s c
[PROOFSTEP]
exact ⟨s, has, fun x hx y hy => hs (mk_mem_prod hx hy)⟩
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
inst✝ : CompleteSpace F
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
h : LinearMap.range f' = ⊤
⊢ map f (𝓝 a) = 𝓝 (f a)
[PROOFSTEP]
let f'symm := f'.nonlinearRightInverseOfSurjective h
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
inst✝ : CompleteSpace F
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
h : LinearMap.range f' = ⊤
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f' := ContinuousLinearMap.nonlinearRightInverseOfSurjective f' h
⊢ map f (𝓝 a) = 𝓝 (f a)
[PROOFSTEP]
set c : ℝ≥0 := f'symm.nnnorm⁻¹ / 2 with hc
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
inst✝ : CompleteSpace F
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
h : LinearMap.range f' = ⊤
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f' := ContinuousLinearMap.nonlinearRightInverseOfSurjective f' h
c : ℝ≥0 := f'symm.nnnorm⁻¹ / 2
hc : c = f'symm.nnnorm⁻¹ / 2
⊢ map f (𝓝 a) = 𝓝 (f a)
[PROOFSTEP]
have f'symm_pos : 0 < f'symm.nnnorm := f'.nonlinearRightInverseOfSurjective_nnnorm_pos h
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
inst✝ : CompleteSpace F
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
h : LinearMap.range f' = ⊤
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f' := ContinuousLinearMap.nonlinearRightInverseOfSurjective f' h
c : ℝ≥0 := f'symm.nnnorm⁻¹ / 2
hc : c = f'symm.nnnorm⁻¹ / 2
f'symm_pos : 0 < f'symm.nnnorm
⊢ map f (𝓝 a) = 𝓝 (f a)
[PROOFSTEP]
have cpos : 0 < c := by simp [hc, half_pos, inv_pos, f'symm_pos]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
inst✝ : CompleteSpace F
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
h : LinearMap.range f' = ⊤
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f' := ContinuousLinearMap.nonlinearRightInverseOfSurjective f' h
c : ℝ≥0 := f'symm.nnnorm⁻¹ / 2
hc : c = f'symm.nnnorm⁻¹ / 2
f'symm_pos : 0 < f'symm.nnnorm
⊢ 0 < c
[PROOFSTEP]
simp [hc, half_pos, inv_pos, f'symm_pos]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
inst✝ : CompleteSpace F
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
h : LinearMap.range f' = ⊤
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f' := ContinuousLinearMap.nonlinearRightInverseOfSurjective f' h
c : ℝ≥0 := f'symm.nnnorm⁻¹ / 2
hc : c = f'symm.nnnorm⁻¹ / 2
f'symm_pos : 0 < f'symm.nnnorm
cpos : 0 < c
⊢ map f (𝓝 a) = 𝓝 (f a)
[PROOFSTEP]
obtain ⟨s, s_nhds, hs⟩ : ∃ s ∈ 𝓝 a, ApproximatesLinearOn f f' s c := hf.approximates_deriv_on_nhds (Or.inr cpos)
[GOAL]
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
inst✝ : CompleteSpace F
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
h : LinearMap.range f' = ⊤
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f' := ContinuousLinearMap.nonlinearRightInverseOfSurjective f' h
c : ℝ≥0 := f'symm.nnnorm⁻¹ / 2
hc : c = f'symm.nnnorm⁻¹ / 2
f'symm_pos : 0 < f'symm.nnnorm
cpos : 0 < c
s : Set E
s_nhds : s ∈ 𝓝 a
hs : ApproximatesLinearOn f f' s c
⊢ map f (𝓝 a) = 𝓝 (f a)
[PROOFSTEP]
apply hs.map_nhds_eq f'symm s_nhds (Or.inr (NNReal.half_lt_self _))
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁰ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁴ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝³ : NormedAddCommGroup G'
inst✝² : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝¹ : CompleteSpace E
inst✝ : CompleteSpace F
f : E → F
f' : E →L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f f' a
h : LinearMap.range f' = ⊤
f'symm : ContinuousLinearMap.NonlinearRightInverse f' := ContinuousLinearMap.nonlinearRightInverseOfSurjective f' h
c : ℝ≥0 := f'symm.nnnorm⁻¹ / 2
hc : c = f'symm.nnnorm⁻¹ / 2
f'symm_pos : 0 < f'symm.nnnorm
cpos : 0 < c
s : Set E
s_nhds : s ∈ 𝓝 a
hs : ApproximatesLinearOn f f' s c
⊢ f'symm.nnnorm⁻¹ ≠ 0
[PROOFSTEP]
simp [ne_of_gt f'symm_pos]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f (↑f') a
⊢ ∃ s, a ∈ s ∧ IsOpen s ∧ ApproximatesLinearOn f (↑f') s (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ / 2)
[PROOFSTEP]
simp only [← and_assoc]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f (↑f') a
⊢ ∃ s, (a ∈ s ∧ IsOpen s) ∧ ApproximatesLinearOn f (↑f') s (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ / 2)
[PROOFSTEP]
refine' ((nhds_basis_opens a).exists_iff _).1 _
[GOAL]
case refine'_1
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f (↑f') a
⊢ ∀ ⦃s t : Set E⦄,
    s ⊆ t →
      ApproximatesLinearOn f (↑f') t (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ / 2) →
        ApproximatesLinearOn f (↑f') s (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ / 2)
case refine'_2
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f (↑f') a
⊢ ∃ s, s ∈ 𝓝 a ∧ ApproximatesLinearOn f (↑f') s (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ / 2)
[PROOFSTEP]
exact fun s t => ApproximatesLinearOn.mono_set
[GOAL]
case refine'_2
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f (↑f') a
⊢ ∃ s, s ∈ 𝓝 a ∧ ApproximatesLinearOn f (↑f') s (‖↑(ContinuousLinearEquiv.symm f')‖₊⁻¹ / 2)
[PROOFSTEP]
exact hf.approximates_deriv_on_nhds <| f'.subsingleton_or_nnnorm_symm_pos.imp id fun hf' => half_pos <| inv_pos.2 hf'
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝⁹ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝⁸ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁷ : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁵ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup G
inst✝³ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝² : NormedAddCommGroup G'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
inst✝ : CompleteSpace E
f : E → F
f' : E ≃L[𝕜] F
a : E
hf : HasStrictFDerivAt f (↑f') a
⊢ HasStrictFDerivAt (↑(toLocalHomeomorph f hf)) (↑f') (↑(LocalHomeomorph.symm (toLocalHomeomorph f hf)) (f a))
[PROOFSTEP]
simpa [← localInverse_def] using hf
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
𝕂 : Type u_6
inst✝⁵ : IsROrC 𝕂
E' : Type u_7
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E'
inst✝³ : NormedSpace 𝕂 E'
F' : Type u_8
inst✝² : NormedAddCommGroup F'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕂 F'
inst✝ : CompleteSpace E'
f : E' → F'
f' : E' ≃L[𝕂] F'
a : E'
n : ℕ∞
hf : ContDiffAt 𝕂 n f a
hf' : HasFDerivAt f (↑f') a
hn : 1 ≤ n
⊢ ContDiffAt 𝕂 n (localInverse hf hf' hn) (f a)
[PROOFSTEP]
have := hf.localInverse_apply_image hf' hn
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
𝕂 : Type u_6
inst✝⁵ : IsROrC 𝕂
E' : Type u_7
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E'
inst✝³ : NormedSpace 𝕂 E'
F' : Type u_8
inst✝² : NormedAddCommGroup F'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕂 F'
inst✝ : CompleteSpace E'
f : E' → F'
f' : E' ≃L[𝕂] F'
a : E'
n : ℕ∞
hf : ContDiffAt 𝕂 n f a
hf' : HasFDerivAt f (↑f') a
hn : 1 ≤ n
this : localInverse hf hf' hn (f a) = a
⊢ ContDiffAt 𝕂 n (localInverse hf hf' hn) (f a)
[PROOFSTEP]
apply (hf.toLocalHomeomorph f hf' hn).contDiffAt_symm (image_mem_toLocalHomeomorph_target hf hf' hn)
[GOAL]
case hf₀'
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
𝕂 : Type u_6
inst✝⁵ : IsROrC 𝕂
E' : Type u_7
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E'
inst✝³ : NormedSpace 𝕂 E'
F' : Type u_8
inst✝² : NormedAddCommGroup F'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕂 F'
inst✝ : CompleteSpace E'
f : E' → F'
f' : E' ≃L[𝕂] F'
a : E'
n : ℕ∞
hf : ContDiffAt 𝕂 n f a
hf' : HasFDerivAt f (↑f') a
hn : 1 ≤ n
this : localInverse hf hf' hn (f a) = a
⊢ HasFDerivAt (↑(toLocalHomeomorph f hf hf' hn)) (↑?m.805032)
    (↑(LocalHomeomorph.symm (toLocalHomeomorph f hf hf' hn)) (f a))
[PROOFSTEP]
convert hf'
[GOAL]
case hf
𝕜 : Type u_1
inst✝¹⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
E : Type u_2
inst✝¹³ : NormedAddCommGroup E
inst✝¹² : NormedSpace 𝕜 E
F : Type u_3
inst✝¹¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝¹⁰ : NormedSpace 𝕜 F
G : Type u_4
inst✝⁹ : NormedAddCommGroup G
inst✝⁸ : NormedSpace 𝕜 G
G' : Type u_5
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup G'
inst✝⁶ : NormedSpace 𝕜 G'
ε : ℝ
𝕂 : Type u_6
inst✝⁵ : IsROrC 𝕂
E' : Type u_7
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E'
inst✝³ : NormedSpace 𝕂 E'
F' : Type u_8
inst✝² : NormedAddCommGroup F'
inst✝¹ : NormedSpace 𝕂 F'
inst✝ : CompleteSpace E'
f : E' → F'
f' : E' ≃L[𝕂] F'
a : E'
n : ℕ∞
hf : ContDiffAt 𝕂 n f a
hf' : HasFDerivAt f (↑f') a
hn : 1 ≤ n
this : localInverse hf hf' hn (f a) = a
⊢ ContDiffAt 𝕂 n (↑(toLocalHomeomorph f hf hf' hn)) (↑(LocalHomeomorph.symm (toLocalHomeomorph f hf hf' hn)) (f a))
[PROOFSTEP]
convert hf
