-- Mathlib/Analysis/Convex/Combination.lean
theorem convex_iff_sum_mem : Convex R s ↔ ∀ (t : Finset E) (w : E → R),
    (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) → ∑ i ∈ t, w i = 1 → (∀ x ∈ t, x ∈ s) → (∑ x ∈ t, w x • x) ∈ s

Proof state:
case neg
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
h : ∀ (t : Finset E) (w : E → R), (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) → ∑ i ∈ t, w i = 1 → (∀ x ∈ t, x ∈ s) → ∑ x ∈ t, w x • x ∈ s
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
h_cases : ¬x = y
⊢ a • x + b • y ∈ s

Tactic:
convert h {x, y} (fun z => if z = y then b else a) _ _ _

Result:
case h.e'_5
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
h : ∀ (t : Finset E) (w : E → R), (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) → ∑ i ∈ t, w i = 1 → (∀ x ∈ t, x ∈ s) → ∑ x ∈ t, w x • x ∈ s
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
h_cases : ¬x = y
⊢ a • x + b • y = ∑ x ∈ {x, y}, (if x = y then b else a) • x

case neg.convert_1
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
h : ∀ (t : Finset E) (w : E → R), (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) → ∑ i ∈ t, w i = 1 → (∀ x ∈ t, x ∈ s) → ∑ x ∈ t, w x • x ∈ s
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
h_cases : ¬x = y
⊢ ∀ i ∈ {x, y}, 0 ≤ (fun z => if z = y then b else a) i

case neg.convert_2
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
h : ∀ (t : Finset E) (w : E → R), (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) → ∑ i ∈ t, w i = 1 → (∀ x ∈ t, x ∈ s) → ∑ x ∈ t, w x • x ∈ s
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
h_cases : ¬x = y
⊢ ∑ i ∈ {x, y}, (fun z => if z = y then b else a) i = 1

case neg.convert_3
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
h : ∀ (t : Finset E) (w : E → R), (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) → ∑ i ∈ t, w i = 1 → (∀ x ∈ t, x ∈ s) → ∑ x ∈ t, w x • x ∈ s
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
h_cases : ¬x = y
⊢ ∀ x_1 ∈ {x, y}, x_1 ∈ s

Proof state:
case neg.convert_3
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
h : ∀ (t : Finset E) (w : E → R), (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) → ∑ i ∈ t, w i = 1 → (∀ x ∈ t, x ∈ s) → ∑ x ∈ t, w x • x ∈ s
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
h_cases : ¬x = y
i : E
hi : i ∈ {x, y}
⊢ i ∈ s

Tactic:
simp only [Finset.mem_singleton, Finset.mem_insert] at hi

Result:
case neg.convert_3
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
h : ∀ (t : Finset E) (w : E → R), (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) → ∑ i ∈ t, w i = 1 → (∀ x ∈ t, x ∈ s) → ∑ x ∈ t, w x • x ∈ s
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
h_cases : ¬x = y
i : E
hi : i = x ∨ i = y
⊢ i ∈ s

Proof state:
case h.e'_5
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
h : ∀ (t : Finset E) (w : E → R), (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) → ∑ i ∈ t, w i = 1 → (∀ x ∈ t, x ∈ s) → ∑ x ∈ t, w x • x ∈ s
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
h_cases : ¬x = y
⊢ a • x + b • y = ∑ x ∈ {x, y}, (if x = y then b else a) • x

Tactic:
simp only [sum_pair h_cases, if_neg h_cases, if_pos trivial]

Result:
no goals

Proof state:
case pos
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
h : ∀ (t : Finset E) (w : E → R), (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) → ∑ i ∈ t, w i = 1 → (∀ x ∈ t, x ∈ s) → ∑ x ∈ t, w x • x ∈ s
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
h_cases : x = y
⊢ a • x + b • y ∈ s

Tactic:
rw [h_cases, ← add_smul, hab, one_smul]

Result:
case pos
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
h : ∀ (t : Finset E) (w : E → R), (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) → ∑ i ∈ t, w i = 1 → (∀ x ∈ t, x ∈ s) → ∑ x ∈ t, w x • x ∈ s
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
h_cases : x = y
⊢ y ∈ s