Theorem: stereo_left_inv
File: Mathlib/Geometry/Manifold/Instances/Sphere.lean

tactic: ext
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
⊢ stereoInvFun hv (stereoToFun v ↑x) = x
state_after: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
⊢ ↑(stereoInvFun hv (stereoToFun v ↑x)) = ↑x

tactic: simp only [stereoToFun_apply, stereoInvFun_apply, smul_add]
state_before: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
⊢ ↑(stereoInvFun hv (stereoToFun v ↑x)) = ↑x
state_after: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
⊢ (‖(2 / (1 - ((innerSL ℝ) v) ↑x)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x‖ ^ 2 + 4)⁻¹ •
        4 • ↑((2 / (1 - ((innerSL ℝ) v) ↑x)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x) +
      (‖(2 / (1 - ((innerSL ℝ) v) ↑x)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x‖ ^ 2 + 4)⁻¹ •
        (‖(2 / (1 - ((innerSL ℝ) v) ↑x)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x

tactic: set a : ℝ := innerSL _ v x
state_before: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
⊢ (‖(2 / (1 - ((innerSL ℝ) v) ↑x)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x‖ ^ 2 + 4)⁻¹ •
        4 • ↑((2 / (1 - ((innerSL ℝ) v) ↑x)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x) +
      (‖(2 / (1 - ((innerSL ℝ) v) ↑x)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x‖ ^ 2 + 4)⁻¹ •
        (‖(2 / (1 - ((innerSL ℝ) v) ↑x)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x
state_after: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x‖ ^ 2 + 4)⁻¹ •
        4 • ↑((2 / (1 - a)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x) +
      (‖(2 / (1 - a)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x‖ ^ 2 + 4)⁻¹ •
        (‖(2 / (1 - a)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x

tactic: set y := orthogonalProjection (ℝ ∙ v)ᗮ x
state_before: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x‖ ^ 2 + 4)⁻¹ •
        4 • ↑((2 / (1 - a)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x) +
      (‖(2 / (1 - a)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x‖ ^ 2 + 4)⁻¹ •
        (‖(2 / (1 - a)) • (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x
state_after: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • ↑((2 / (1 - a)) • y) +
      (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x

tactic: have split : ↑x = a • v + ↑y := by
  convert (orthogonalProjection_add_orthogonalProjection_orthogonal (ℝ ∙ v) x).symm
  exact (orthogonalProjection_unit_singleton ℝ hv x).symm
state_before: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • ↑((2 / (1 - a)) • y) +
      (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x
state_after: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • ↑((2 / (1 - a)) • y) +
      (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x

tactic: have hvy : ⟪v, y⟫_ℝ = 0 := Submodule.mem_orthogonal_singleton_iff_inner_right.mp y.2
state_before: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • ↑((2 / (1 - a)) • y) +
      (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x
state_after: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • ↑((2 / (1 - a)) • y) +
      (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x

tactic: have ha : 1 - a ≠ 0 := by
  have : a < 1 := (inner_lt_one_iff_real_of_norm_one hv (by simp)).mpr hx.symm
  linarith
state_before: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • ↑((2 / (1 - a)) • y) +
      (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x
state_after: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • ↑((2 / (1 - a)) • y) +
      (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x

tactic: have h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1 := by
  field_simp; simp only [Submodule.coe_norm] at *; nlinarith
state_before: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • ↑((2 / (1 - a)) • y) +
      (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x
state_after: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • ↑((2 / (1 - a)) • y) +
      (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x

tactic: convert
  congr_arg₂ Add.add (congr_arg (fun t => t • (y : E)) h₁) (congr_arg (fun t => t • v) h₂) using 1
state_before: case a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • ↑((2 / (1 - a)) • y) +
      (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 - 4) • v =
    ↑x
state_after: case h.e'_2
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • ↑((2 / (1 - a)) • y) +
      (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 - 4) • v =
    Add.add ((fun t => t • ↑y) ((2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a))))
      ((fun t => t • v) ((2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4)))

case h.e'_3
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ ↑x = Add.add ((fun t => t • ↑y) 1) ((fun t => t • v) a)

tactic: convert (orthogonalProjection_add_orthogonalProjection_orthogonal (ℝ ∙ v) x).symm
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
⊢ ↑x = a • v + ↑y
state_after: case h.e'_3.h.e'_5
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
⊢ a • v = ↑((orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})) ↑x)

tactic: exact (orthogonalProjection_unit_singleton ℝ hv x).symm
state_before: case h.e'_3.h.e'_5
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
⊢ a • v = ↑((orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})) ↑x)
state_after: no goals

tactic: have hvy' : ⟪a • v, y⟫_ℝ = 0 := by simp only [inner_smul_left, hvy, mul_zero]
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
⊢ 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
state_after: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
hvy' : ⟪a • v, ↑y⟫_ℝ = 0
⊢ 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2

tactic: convert norm_add_sq_eq_norm_sq_add_norm_sq_of_inner_eq_zero _ _ hvy' using 2
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
hvy' : ⟪a • v, ↑y⟫_ℝ = 0
⊢ 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
state_after: case h.e'_2
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
hvy' : ⟪a • v, ↑y⟫_ℝ = 0
⊢ 1 = ‖a • v + ↑y‖ * ‖a • v + ↑y‖

case h.e'_3.h.e'_5
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
hvy' : ⟪a • v, ↑y⟫_ℝ = 0
⊢ a ^ 2 = ‖a • v‖ * ‖a • v‖

case h.e'_3.h.e'_6
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
hvy' : ⟪a • v, ↑y⟫_ℝ = 0
⊢ ‖y‖ ^ 2 = ‖↑y‖ * ‖↑y‖

tactic: simp only [inner_smul_left, hvy, mul_zero]
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
⊢ ⟪a • v, ↑y⟫_ℝ = 0
state_after: no goals

tactic: simp [← split]
state_before: case h.e'_2
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
hvy' : ⟪a • v, ↑y⟫_ℝ = 0
⊢ 1 = ‖a • v + ↑y‖ * ‖a • v + ↑y‖
state_after: no goals

tactic: simp [norm_smul, hv, ← sq, sq_abs]
state_before: case h.e'_3.h.e'_5
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
hvy' : ⟪a • v, ↑y⟫_ℝ = 0
⊢ a ^ 2 = ‖a • v‖ * ‖a • v‖
state_after: no goals

tactic: exact sq _
state_before: case h.e'_3.h.e'_6
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
hvy' : ⟪a • v, ↑y⟫_ℝ = 0
⊢ ‖y‖ ^ 2 = ‖↑y‖ * ‖↑y‖
state_after: no goals

tactic: have : a < 1 := (inner_lt_one_iff_real_of_norm_one hv (by simp)).mpr hx.symm
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
⊢ 1 - a ≠ 0
state_after: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
this : a < 1
⊢ 1 - a ≠ 0

tactic: linarith
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
this : a < 1
⊢ 1 - a ≠ 0
state_after: no goals

tactic: simp
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
⊢ ‖↑x‖ = 1
state_after: no goals

tactic: field_simp
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
⊢ (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
state_after: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
⊢ (1 - a) ^ 2 * 4 * 2 = (2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2) * (1 - a)

tactic: simp only [Submodule.coe_norm] at *
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
⊢ (1 - a) ^ 2 * 4 * 2 = (2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2) * (1 - a)
state_after: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖↑y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
⊢ (1 - a) ^ 2 * 4 * 2 = (2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2) * (1 - a)

tactic: nlinarith
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖↑y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
⊢ (1 - a) ^ 2 * 4 * 2 = (2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2) * (1 - a)
state_after: no goals

tactic: field_simp
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
⊢ (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
state_after: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
⊢ (1 - a) ^ 2 * (2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - (1 - a) ^ 2 * 4) = a * ((2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2) * (1 - a) ^ 2)

tactic: transitivity (1 - a) ^ 2 * (a * (2 ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2))
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
⊢ (1 - a) ^ 2 * (2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - (1 - a) ^ 2 * 4) = a * ((2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2) * (1 - a) ^ 2)
state_after: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
⊢ (1 - a) ^ 2 * (2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - (1 - a) ^ 2 * 4) = (1 - a) ^ 2 * (a * (2 ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2))

E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
⊢ (1 - a) ^ 2 * (a * (2 ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2)) = a * ((2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2) * (1 - a) ^ 2)

tactic: ring!
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
⊢ (1 - a) ^ 2 * (a * (2 ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2)) = a * ((2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2) * (1 - a) ^ 2)
state_after: no goals

tactic: congr
state_before: E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
⊢ (1 - a) ^ 2 * (2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - (1 - a) ^ 2 * 4) = (1 - a) ^ 2 * (a * (2 ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2))
state_after: case e_a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
⊢ 2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - (1 - a) ^ 2 * 4 = a * (2 ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2)

tactic: simp only [Submodule.coe_norm] at *
state_before: case e_a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
⊢ 2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - (1 - a) ^ 2 * 4 = a * (2 ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2)
state_after: case e_a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖↑y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
⊢ 2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - (1 - a) ^ 2 * 4 = a * (2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2)

tactic: nlinarith
state_before: case e_a
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖↑y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
⊢ 2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - (1 - a) ^ 2 * 4 = a * (2 ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4 * (1 - a) ^ 2)
state_after: no goals

tactic: simp [a, inner_add_right, inner_smul_right, hvy, real_inner_self_eq_norm_mul_norm, hv, mul_smul,
  mul_pow, Real.norm_eq_abs, sq_abs, norm_smul]
state_before: case h.e'_2
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • ↑((2 / (1 - a)) • y) +
      (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (‖(2 / (1 - a)) • y‖ ^ 2 - 4) • v =
    Add.add ((fun t => t • ↑y) ((2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a))))
      ((fun t => t • v) ((2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4)))
state_after: case h.e'_2
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • (2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ)) • ↑y +
      (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - 4) • v =
    Add.add ((2 ^ 2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • (2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ)) • ↑y)
      ((2 ^ 2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - 4) • v)

tactic: rw [split, add_comm]
state_before: case h.e'_2
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • (2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ)) • ↑y +
      (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - 4) • v =
    Add.add ((2 ^ 2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • (2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ)) • ↑y)
      ((2 ^ 2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, ↑x⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - 4) • v)
state_after: case h.e'_2
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - 4) • v +
      (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • (2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ)) • ↑y =
    Add.add ((2 ^ 2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • (2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ)) • ↑y)
      ((2 ^ 2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ •
        (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - 4) • v)

tactic: ac_rfl
state_before: case h.e'_2
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - 4) • v +
      (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • (2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ)) • ↑y =
    Add.add ((2 ^ 2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ • 4 • (2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ)) • ↑y)
      ((2 ^ 2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ •
        (2 ^ 2 / (1 - ⟪v, a • v + ↑y⟫_ℝ) ^ 2 * ‖↑y‖ ^ 2 - 4) • v)
state_after: no goals

tactic: rw [split, add_comm]
state_before: case h.e'_3
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ ↑x = Add.add ((fun t => t • ↑y) 1) ((fun t => t • v) a)
state_after: case h.e'_3
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ ↑y + a • v = Add.add ((fun t => t • ↑y) 1) ((fun t => t • v) a)

tactic: congr!
state_before: case h.e'_3
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ ↑y + a • v = Add.add ((fun t => t • ↑y) 1) ((fun t => t • v) a)
state_after: case h.e'_3.h.e'_1
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ ↑y = (fun t => t • ↑y) 1

tactic: dsimp
state_before: case h.e'_3.h.e'_1
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ ↑y = (fun t => t • ↑y) 1
state_after: case h.e'_3.h.e'_1
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ ↑y = 1 • ↑y

tactic: rw [one_smul]
state_before: case h.e'_3.h.e'_1
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : InnerProductSpace ℝ E
v : E
hv : ‖v‖ = 1
x : ↑(sphere 0 1)
hx : ↑x ≠ v
a : ℝ := ((innerSL ℝ) v) ↑x
y : ↥(Submodule.span ℝ {v})ᗮ := (orthogonalProjection (Submodule.span ℝ {v})ᗮ) ↑x
split : ↑x = a • v + ↑y
hvy : ⟪v, ↑y⟫_ℝ = 0
pythag : 1 = a ^ 2 + ‖y‖ ^ 2
ha : 1 - a ≠ 0
h₁ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * 4 * (2 / (1 - a)) = 1
h₂ : (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 + 4)⁻¹ * (2 ^ 2 / (1 - a) ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - 4) = a
⊢ ↑y = 1 • ↑y
state_after: no goals