-- Mathlib/LinearAlgebra/AffineSpace/Independent.lean
theorem weightedVSub_mem_vectorSpan_pair {p : ι → P} (h : AffineIndependent k p) {w w₁ w₂ : ι → k}
    {s : Finset ι} (hw : ∑ i ∈ s, w i = 0) (hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1)
    (hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1) :
    s.weightedVSub p w ∈
        vectorSpan k ({s.affineCombination k p w₁, s.affineCombination k p w₂} : Set P) ↔
      ∃ r : k, ∀ i ∈ s, w i = r * (w₁ i - w₂ i)

Proof state:
case refine_1.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
r : k
hr : (s.weightedVSub p) (r • (w₁ - w₂) - w) = 0
i : ι
hi : i ∈ s
hw' : ∑ j ∈ s, (r • (w₁ - w₂) - w) j = 0
⊢ w i = r * (w₁ i - w₂ i)

Tactic:
have hr' := h s _ hw' hr i hi

Result:
case refine_1.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
r : k
hr : (s.weightedVSub p) (r • (w₁ - w₂) - w) = 0
i : ι
hi : i ∈ s
hw' : ∑ j ∈ s, (r • (w₁ - w₂) - w) j = 0
hr' : (r • (w₁ - w₂) - w) i = 0
⊢ w i = r * (w₁ i - w₂ i)

Proof state:
case refine_1.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
r : k
hr : r • ((affineCombination k s p) w₁ -ᵥ (affineCombination k s p) w₂) = (s.weightedVSub p) w
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ w i = r * (w₁ i - w₂ i)

Tactic:
rw [s.affineCombination_vsub, ← s.weightedVSub_const_smul, ← sub_eq_zero, ← map_sub] at hr

Result:
case refine_1.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
r : k
hr : (s.weightedVSub p) (r • (w₁ - w₂) - w) = 0
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ w i = r * (w₁ i - w₂ i)

Proof state:
case refine_2.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
r : k
hr : ∀ i ∈ s, w i = r * (w₁ i - w₂ i)
w' : ι → k := fun i => r * (w₁ i - w₂ i)
⊢ r • ((affineCombination k s p) w₁ -ᵥ (affineCombination k s p) w₂) = (s.weightedVSub p) w

Tactic:
change ∀ i ∈ s, w i = w' i at hr

Result:
case refine_2.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
r : k
w' : ι → k := fun i => r * (w₁ i - w₂ i)
hr : ∀ i ∈ s, w i = w' i
⊢ r • ((affineCombination k s p) w₁ -ᵥ (affineCombination k s p) w₂) = (s.weightedVSub p) w

Proof state:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
⊢ (s.weightedVSub p) w ∈ vectorSpan k {(affineCombination k s p) w₁, (affineCombination k s p) w₂} ↔
    ∃ r, ∀ i ∈ s, w i = r * (w₁ i - w₂ i)

Tactic:
rw [mem_vectorSpan_pair]

Result:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
⊢ (∃ r, r • ((affineCombination k s p) w₁ -ᵥ (affineCombination k s p) w₂) = (s.weightedVSub p) w) ↔
    ∃ r, ∀ i ∈ s, w i = r * (w₁ i - w₂ i)

Proof state:
case refine_1.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
r : k
hr : r • ((affineCombination k s p) w₁ -ᵥ (affineCombination k s p) w₂) = (s.weightedVSub p) w
⊢ ∃ r, ∀ i ∈ s, w i = r * (w₁ i - w₂ i)

Tactic:
refine ⟨r, fun i hi => ?_⟩

Result:
case refine_1.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
r : k
hr : r • ((affineCombination k s p) w₁ -ᵥ (affineCombination k s p) w₂) = (s.weightedVSub p) w
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ w i = r * (w₁ i - w₂ i)

Proof state:
case refine_2.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
r : k
w' : ι → k := fun i => r * (w₁ i - w₂ i)
hr : ∀ i ∈ s, w i = w' i
⊢ (s.weightedVSub p) (r • (w₁ - w₂)) = (s.weightedVSub p) w'

Tactic:
congr

Result:
no goals

Proof state:
case refine_1.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
r : k
hr : (s.weightedVSub p) (r • (w₁ - w₂) - w) = 0
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ w i = r * (w₁ i - w₂ i)

Tactic:
have hw' : (∑ j ∈ s, (r • (w₁ - w₂) - w) j) = 0 := by
  simp_rw [Pi.sub_apply, Pi.smul_apply, Pi.sub_apply, smul_sub, Finset.sum_sub_distrib, ←
    Finset.smul_sum, hw, hw₁, hw₂, sub_self]

Result:
case refine_1.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
r : k
hr : (s.weightedVSub p) (r • (w₁ - w₂) - w) = 0
i : ι
hi : i ∈ s
hw' : ∑ j ∈ s, (r • (w₁ - w₂) - w) j = 0
⊢ w i = r * (w₁ i - w₂ i)

Proof state:
case refine_1.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
r : k
hr : (s.weightedVSub p) (r • (w₁ - w₂) - w) = 0
i : ι
hi : i ∈ s
hw' : ∑ j ∈ s, (r • (w₁ - w₂) - w) j = 0
hr' : (r • (w₁ - w₂) - w) i = 0
⊢ w i = r * (w₁ i - w₂ i)

Tactic:
rw [eq_comm, ← sub_eq_zero, ← smul_eq_mul]

Result:
case refine_1.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
ι : Type u_4
p : ι → P
h : AffineIndependent k p
w w₁ w₂ : ι → k
s : Finset ι
hw : ∑ i ∈ s, w i = 0
hw₁ : ∑ i ∈ s, w₁ i = 1
hw₂ : ∑ i ∈ s, w₂ i = 1
r : k
hr : (s.weightedVSub p) (r • (w₁ - w₂) - w) = 0
i : ι
hi : i ∈ s
hw' : ∑ j ∈ s, (r • (w₁ - w₂) - w) j = 0
hr' : (r • (w₁ - w₂) - w) i = 0
⊢ r • (w₁ i - w₂ i) - w i = 0