[GOAL]
𝕜 : Type u
inst✝⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
F : Type v
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : NormedSpace 𝕜 F
E : Type w
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
f f₀ f₁ g : 𝕜 → F
f' f₀' f₁' g' : F
x✝ : 𝕜
s t : Set 𝕜
L✝ L₁ L₂ : Filter 𝕜
x : 𝕜
L : Filter 𝕜
⊢ HasDerivAtFilter f f' x L ↔ Tendsto (fun y => slope f x y - (y - x)⁻¹ • (y - x) • f') L (𝓝 0)
[PROOFSTEP]
simp only [hasDerivAtFilter_iff_tendsto, ← norm_inv, ← norm_smul, ← tendsto_zero_iff_norm_tendsto_zero,
  slope_def_module, smul_sub]
[GOAL]
𝕜 : Type u
inst✝⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
F : Type v
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : NormedSpace 𝕜 F
E : Type w
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
f f₀ f₁ g : 𝕜 → F
f' f₀' f₁' g' : F
x✝ : 𝕜
s t : Set 𝕜
L✝ L₁ L₂ : Filter 𝕜
x : 𝕜
L : Filter 𝕜
⊢ ∀ (x_1 : 𝕜), ¬x_1 ∈ {x}ᶜ → slope f x x_1 - (x_1 - x)⁻¹ • (x_1 - x) • f' = 0
[PROOFSTEP]
simp
[GOAL]
𝕜 : Type u
inst✝⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
F : Type v
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : NormedSpace 𝕜 F
E : Type w
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
f f₀ f₁ g : 𝕜 → F
f' f₀' f₁' g' : F
x✝ : 𝕜
s t : Set 𝕜
L✝ L₁ L₂ : Filter 𝕜
x : 𝕜
L : Filter 𝕜
⊢ (fun y => slope f x y - (y - x)⁻¹ • (y - x) • f') =ᶠ[L ⊓ 𝓟 {x}ᶜ] fun y => slope f x y - f'
[PROOFSTEP]
refine (EqOn.eventuallyEq fun y hy ↦ ?_).filter_mono inf_le_right
[GOAL]
𝕜 : Type u
inst✝⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
F : Type v
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : NormedSpace 𝕜 F
E : Type w
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
f f₀ f₁ g : 𝕜 → F
f' f₀' f₁' g' : F
x✝ : 𝕜
s t : Set 𝕜
L✝ L₁ L₂ : Filter 𝕜
x : 𝕜
L : Filter 𝕜
y : 𝕜
hy : y ∈ {x}ᶜ
⊢ slope f x y - (y - x)⁻¹ • (y - x) • f' = slope f x y - f'
[PROOFSTEP]
rw [inv_smul_smul₀ (sub_ne_zero.2 hy) f']
[GOAL]
𝕜 : Type u
inst✝⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
F : Type v
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : NormedSpace 𝕜 F
E : Type w
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
f f₀ f₁ g : 𝕜 → F
f' f₀' f₁' g' : F
x✝ : 𝕜
s t : Set 𝕜
L✝ L₁ L₂ : Filter 𝕜
x : 𝕜
L : Filter 𝕜
⊢ Tendsto (fun y => slope f x y - f') (L ⊓ 𝓟 {x}ᶜ) (𝓝 0) ↔ Tendsto (slope f x) (L ⊓ 𝓟 {x}ᶜ) (𝓝 f')
[PROOFSTEP]
rw [← nhds_translation_sub f', tendsto_comap_iff]
[GOAL]
𝕜 : Type u
inst✝⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
F : Type v
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : NormedSpace 𝕜 F
E : Type w
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
f f₀ f₁ g : 𝕜 → F
f' f₀' f₁' g' : F
x✝ : 𝕜
s t : Set 𝕜
L✝ L₁ L₂ : Filter 𝕜
x : 𝕜
L : Filter 𝕜
⊢ Tendsto (fun y => slope f x y - f') (L ⊓ 𝓟 {x}ᶜ) (𝓝 0) ↔ Tendsto ((fun x => x - f') ∘ slope f x) (L ⊓ 𝓟 {x}ᶜ) (𝓝 0)
[PROOFSTEP]
rfl
[GOAL]
𝕜 : Type u
inst✝⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
F : Type v
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : NormedSpace 𝕜 F
E : Type w
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
f f₀ f₁ g : 𝕜 → F
f' f₀' f₁' g' : F
x : 𝕜
s t : Set 𝕜
L L₁ L₂ : Filter 𝕜
⊢ HasDerivWithinAt f f' s x ↔ Tendsto (slope f x) (𝓝[s \ {x}] x) (𝓝 f')
[PROOFSTEP]
simp only [HasDerivWithinAt, nhdsWithin, diff_eq, inf_assoc.symm, inf_principal.symm]
[GOAL]
𝕜 : Type u
inst✝⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
F : Type v
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : NormedSpace 𝕜 F
E : Type w
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
f f₀ f₁ g : 𝕜 → F
f' f₀' f₁' g' : F
x : 𝕜
s t : Set 𝕜
L L₁ L₂ : Filter 𝕜
⊢ HasDerivAtFilter f f' x (𝓝 x ⊓ 𝓟 s) ↔ Tendsto (slope f x) (𝓝 x ⊓ 𝓟 s ⊓ 𝓟 {x}ᶜ) (𝓝 f')
[PROOFSTEP]
exact hasDerivAtFilter_iff_tendsto_slope
[GOAL]
𝕜 : Type u
inst✝⁴ : NontriviallyNormedField 𝕜
F : Type v
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : NormedSpace 𝕜 F
E : Type w
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace 𝕜 E
f f₀ f₁ g : 𝕜 → F
f' f₀' f₁' g' : F
x : 𝕜
s t : Set 𝕜
L L₁ L₂ : Filter 𝕜
hs : ¬x ∈ s
⊢ HasDerivWithinAt f f' s x ↔ Tendsto (slope f x) (𝓝[s] x) (𝓝 f')
[PROOFSTEP]
rw [hasDerivWithinAt_iff_tendsto_slope, diff_singleton_eq_self hs]
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' s x
hr : ‖f'‖ < r
⊢ ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s] x, ‖z - x‖⁻¹ * ‖f z - f x‖ < r
[PROOFSTEP]
have hr₀ : 0 < r := lt_of_le_of_lt (norm_nonneg f') hr
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' s x
hr : ‖f'‖ < r
hr₀ : 0 < r
⊢ ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s] x, ‖z - x‖⁻¹ * ‖f z - f x‖ < r
[PROOFSTEP]
have A : ∀ᶠ z in 𝓝[s \ { x }] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r :=
  (hasDerivWithinAt_iff_tendsto_slope.1 hf).norm (IsOpen.mem_nhds isOpen_Iio hr)
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' s x
hr : ‖f'‖ < r
hr₀ : 0 < r
A : ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s \ {x}] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r
⊢ ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s] x, ‖z - x‖⁻¹ * ‖f z - f x‖ < r
[PROOFSTEP]
have B : ∀ᶠ z in 𝓝[{ x }] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r :=
  mem_of_superset self_mem_nhdsWithin (singleton_subset_iff.2 <| by simp [hr₀])
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' s x
hr : ‖f'‖ < r
hr₀ : 0 < r
A : ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s \ {x}] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r
⊢ x ∈ {x_1 | (fun z => ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r) x_1}
[PROOFSTEP]
simp [hr₀]
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' s x
hr : ‖f'‖ < r
hr₀ : 0 < r
A : ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s \ {x}] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r
B : ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[{x}] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r
⊢ ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s] x, ‖z - x‖⁻¹ * ‖f z - f x‖ < r
[PROOFSTEP]
have C := mem_sup.2 ⟨A, B⟩
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' s x
hr : ‖f'‖ < r
hr₀ : 0 < r
A : ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s \ {x}] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r
B : ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[{x}] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r
C : {x_1 | (fun z => ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r) x_1} ∈ 𝓝[s \ {x}] x ⊔ 𝓝[{x}] x
⊢ ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s] x, ‖z - x‖⁻¹ * ‖f z - f x‖ < r
[PROOFSTEP]
rw [← nhdsWithin_union, diff_union_self, nhdsWithin_union, mem_sup] at C 
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' s x
hr : ‖f'‖ < r
hr₀ : 0 < r
A : ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s \ {x}] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r
B : ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[{x}] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r
C :
  {x_1 | (fun z => ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r) x_1} ∈ 𝓝[s] x ∧
    {x_1 | (fun z => ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r) x_1} ∈ 𝓝[{x}] x
⊢ ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s] x, ‖z - x‖⁻¹ * ‖f z - f x‖ < r
[PROOFSTEP]
filter_upwards [C.1]
[GOAL]
case h
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' s x
hr : ‖f'‖ < r
hr₀ : 0 < r
A : ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s \ {x}] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r
B : ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[{x}] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r
C :
  {x_1 | (fun z => ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r) x_1} ∈ 𝓝[s] x ∧
    {x_1 | (fun z => ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r) x_1} ∈ 𝓝[{x}] x
⊢ ∀ (a : ℝ), ‖(a - x)⁻¹ • (f a - f x)‖ ∈ Iio r → ‖a - x‖⁻¹ * ‖f a - f x‖ < r
[PROOFSTEP]
simp only [norm_smul, mem_Iio, norm_inv]
[GOAL]
case h
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' s x
hr : ‖f'‖ < r
hr₀ : 0 < r
A : ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s \ {x}] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r
B : ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[{x}] x, ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r
C :
  {x_1 | (fun z => ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r) x_1} ∈ 𝓝[s] x ∧
    {x_1 | (fun z => ‖(z - x)⁻¹ • (f z - f x)‖ ∈ Iio r) x_1} ∈ 𝓝[{x}] x
⊢ ∀ (a : ℝ), ‖a - x‖⁻¹ * ‖f a - f x‖ < r → ‖a - x‖⁻¹ * ‖f a - f x‖ < r
[PROOFSTEP]
exact fun _ => id
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' s x
hr : ‖f'‖ < r
⊢ ∀ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[s] x, ‖z - x‖⁻¹ * (‖f z‖ - ‖f x‖) < r
[PROOFSTEP]
apply (hf.limsup_norm_slope_le hr).mono
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' s x
hr : ‖f'‖ < r
⊢ ∀ (x_1 : ℝ), ‖x_1 - x‖⁻¹ * ‖f x_1 - f x‖ < r → ‖x_1 - x‖⁻¹ * (‖f x_1‖ - ‖f x‖) < r
[PROOFSTEP]
intro z hz
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' s x
hr : ‖f'‖ < r
z : ℝ
hz : ‖z - x‖⁻¹ * ‖f z - f x‖ < r
⊢ ‖z - x‖⁻¹ * (‖f z‖ - ‖f x‖) < r
[PROOFSTEP]
refine' lt_of_le_of_lt (mul_le_mul_of_nonneg_left (norm_sub_norm_le _ _) _) hz
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' s x
hr : ‖f'‖ < r
z : ℝ
hz : ‖z - x‖⁻¹ * ‖f z - f x‖ < r
⊢ 0 ≤ ‖z - x‖⁻¹
[PROOFSTEP]
exact inv_nonneg.2 (norm_nonneg _)
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' (Ici x) x
hr : ‖f'‖ < r
⊢ ∃ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[Ioi x] x, (z - x)⁻¹ * (‖f z‖ - ‖f x‖) < r
[PROOFSTEP]
have := (hf.Ioi_of_Ici.limsup_slope_norm_le hr).frequently
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' (Ici x) x
hr : ‖f'‖ < r
this : ∃ᶠ (x_1 : ℝ) in 𝓝[Ioi x] x, ‖x_1 - x‖⁻¹ * (‖f x_1‖ - ‖f x‖) < r
⊢ ∃ᶠ (z : ℝ) in 𝓝[Ioi x] x, (z - x)⁻¹ * (‖f z‖ - ‖f x‖) < r
[PROOFSTEP]
refine this.mp (Eventually.mono self_mem_nhdsWithin fun z hxz hz ↦ ?_)
[GOAL]
E : Type u
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
f : ℝ → E
f' : E
s : Set ℝ
x r : ℝ
hf : HasDerivWithinAt f f' (Ici x) x
hr : ‖f'‖ < r
this : ∃ᶠ (x_1 : ℝ) in 𝓝[Ioi x] x, ‖x_1 - x‖⁻¹ * (‖f x_1‖ - ‖f x‖) < r
z : ℝ
hxz : x < z
hz : ‖z - x‖⁻¹ * (‖f z‖ - ‖f x‖) < r
⊢ (z - x)⁻¹ * (‖f z‖ - ‖f x‖) < r
[PROOFSTEP]
rwa [Real.norm_eq_abs, abs_of_pos (sub_pos_of_lt hxz)] at hz 
