-- Mathlib/Geometry/Euclidean/Circumcenter.lean
theorem existsUnique_dist_eq_of_insert {s : AffineSubspace ℝ P}
    [HasOrthogonalProjection s.direction] {ps : Set P} (hnps : ps.Nonempty) {p : P} (hps : ps ⊆ s)
    (hp : p ∉ s) (hu : ∃! cs : Sphere P, cs.center ∈ s ∧ ps ⊆ (cs : Set P)) :
    ∃! cs₂ : Sphere P,
      cs₂.center ∈ affineSpan ℝ (insert p (s : Set P)) ∧ insert p ps ⊆ (cs₂ : Set P)

Proof state:
case h.left.left
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup V
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ V
inst✝² : MetricSpace P
inst✝¹ : NormedAddTorsor V P
s : AffineSubspace ℝ P
inst✝ : HasOrthogonalProjection s.direction
ps : Set P
hnps : ps.Nonempty
p : P
hps : ps ⊆ ↑s
hp : p ∉ s
this : Nonempty ↥s
cc : P
cr : ℝ
hcccru : ∀ (y : Sphere P), y.center ∈ s ∧ ps ⊆ Metric.sphere y.center y.radius → y = { center := cc, radius := cr }
hcc : cc ∈ s
hcr : ps ⊆ Metric.sphere cc cr
x : ℝ := dist cc ↑((orthogonalProjection s) p)
y : ℝ := dist p ↑((orthogonalProjection s) p)
hy0 : y ≠ 0
ycc₂ : ℝ := (x * x + y * y - cr * cr) / (2 * y)
cc₂ : P := (ycc₂ / y) • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ cc
cr₂ : ℝ := √(cr * cr + ycc₂ * ycc₂)
hpo : p = 1 • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)
⊢ (ycc₂ / y) • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) ∈ vectorSpan ℝ (insert p ↑s)

Tactic:
exact
  Submodule.smul_mem _ _
    (vsub_mem_vectorSpan ℝ (Set.mem_insert _ _)
      (Set.mem_insert_of_mem _ (orthogonalProjection_mem _)))

Result:
no goals

Proof state:
case h.left.right.inl
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup V
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ V
inst✝² : MetricSpace P
inst✝¹ : NormedAddTorsor V P
s : AffineSubspace ℝ P
inst✝ : HasOrthogonalProjection s.direction
ps : Set P
hnps : ps.Nonempty
p : P
hps : ps ⊆ ↑s
hp : p ∉ s
this : Nonempty ↥s
cc : P
cr : ℝ
hcccru : ∀ (y : Sphere P), y.center ∈ s ∧ ps ⊆ Metric.sphere y.center y.radius → y = { center := cc, radius := cr }
hcc : cc ∈ s
hcr : ps ⊆ Metric.sphere cc cr
x : ℝ := dist cc ↑((orthogonalProjection s) p)
y : ℝ := dist p ↑((orthogonalProjection s) p)
hy0 : y ≠ 0
ycc₂ : ℝ := (x * x + y * y - cr * cr) / (2 * y)
cc₂ : P := (ycc₂ / y) • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ cc
cr₂ : ℝ := √(cr * cr + ycc₂ * ycc₂)
hpo : p = 1 • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)
p₁ : P
hp₁ : p₁ = p
⊢ dist cc ↑((orthogonalProjection s) p) * dist cc ↑((orthogonalProjection s) p) +
      (1 - ycc₂ / y) * (1 - ycc₂ / y) * (dist p ↑((orthogonalProjection s) p) * dist p ↑((orthogonalProjection s) p)) =
    cr * cr + ycc₂ * ycc₂

Tactic:
simp (disch := field_simp_discharge) only [div_div, sub_div', one_mul, mul_div_assoc',
  div_mul_eq_mul_div, add_div', eq_div_iff, div_eq_iff, ycc₂]

Result:
case h.left.right.inl
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup V
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ V
inst✝² : MetricSpace P
inst✝¹ : NormedAddTorsor V P
s : AffineSubspace ℝ P
inst✝ : HasOrthogonalProjection s.direction
ps : Set P
hnps : ps.Nonempty
p : P
hps : ps ⊆ ↑s
hp : p ∉ s
this : Nonempty ↥s
cc : P
cr : ℝ
hcccru : ∀ (y : Sphere P), y.center ∈ s ∧ ps ⊆ Metric.sphere y.center y.radius → y = { center := cc, radius := cr }
hcc : cc ∈ s
hcr : ps ⊆ Metric.sphere cc cr
x : ℝ := dist cc ↑((orthogonalProjection s) p)
y : ℝ := dist p ↑((orthogonalProjection s) p)
hy0 : y ≠ 0
ycc₂ : ℝ := (x * x + y * y - cr * cr) / (2 * y)
cc₂ : P := (ycc₂ / y) • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ cc
cr₂ : ℝ := √(cr * cr + ycc₂ * ycc₂)
hpo : p = 1 • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)
p₁ : P
hp₁ : p₁ = p
⊢ (dist cc ↑((orthogonalProjection s) p) * dist cc ↑((orthogonalProjection s) p) * (2 * y * y * (2 * y * y)) +
        (2 * y * y - (x * x + y * y - cr * cr)) * (2 * y * y - (x * x + y * y - cr * cr)) *
          (dist p ↑((orthogonalProjection s) p) * dist p ↑((orthogonalProjection s) p))) *
      (2 * y * (2 * y)) =
    (cr * cr * (2 * y * (2 * y)) + (x * x + y * y - cr * cr) * (x * x + y * y - cr * cr)) * (2 * y * y * (2 * y * y))

Proof state:
case h.right.mk.intro.intro.intro.intro.intro.refl.e_radius
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup V
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ V
inst✝² : MetricSpace P
inst✝¹ : NormedAddTorsor V P
s : AffineSubspace ℝ P
inst✝ : HasOrthogonalProjection s.direction
ps : Set P
hnps : ps.Nonempty
p : P
hps : ps ⊆ ↑s
hp : p ∉ s
this : Nonempty ↥s
cc : P
cr : ℝ
hcccru : ∀ (y : Sphere P), y.center ∈ s ∧ ps ⊆ Metric.sphere y.center y.radius → y = { center := cc, radius := cr }
hcc : cc ∈ s
hcr : ps ⊆ Metric.sphere cc cr
x : ℝ := dist cc ↑((orthogonalProjection s) p)
y : ℝ := dist p ↑((orthogonalProjection s) p)
hy0 : y ≠ 0
ycc₂ : ℝ := (x * x + y * y - cr * cr) / (2 * y)
cc₂ : P := (ycc₂ / y) • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ cc
cr₂ : ℝ := √(cr * cr + ycc₂ * ycc₂)
hpo : p = 1 • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)
cc₃ : P
cr₃ : ℝ
hcc₃ : cc₃ ∈ affineSpan ℝ (insert p ↑s)
hcc₃' : cc ∈ s
hcr₃' : ∀ p₁ ∈ ps, dist p₁ ↑⟨cc, hcc₃'⟩ = cr
hcr₃val : cr₃ = √(cr * cr + ycc₂ / y * y * (ycc₂ / y * y))
hcr₃ : x * x + y * y - 2 * y * (ycc₂ / y * y) = cr * cr
hcc₃'' : cc₃ = cc₂
⊢ cr₃ = cr₂

Tactic:
rw [hcr₃val]

Result:
case h.right.mk.intro.intro.intro.intro.intro.refl.e_radius
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup V
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ V
inst✝² : MetricSpace P
inst✝¹ : NormedAddTorsor V P
s : AffineSubspace ℝ P
inst✝ : HasOrthogonalProjection s.direction
ps : Set P
hnps : ps.Nonempty
p : P
hps : ps ⊆ ↑s
hp : p ∉ s
this : Nonempty ↥s
cc : P
cr : ℝ
hcccru : ∀ (y : Sphere P), y.center ∈ s ∧ ps ⊆ Metric.sphere y.center y.radius → y = { center := cc, radius := cr }
hcc : cc ∈ s
hcr : ps ⊆ Metric.sphere cc cr
x : ℝ := dist cc ↑((orthogonalProjection s) p)
y : ℝ := dist p ↑((orthogonalProjection s) p)
hy0 : y ≠ 0
ycc₂ : ℝ := (x * x + y * y - cr * cr) / (2 * y)
cc₂ : P := (ycc₂ / y) • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ cc
cr₂ : ℝ := √(cr * cr + ycc₂ * ycc₂)
hpo : p = 1 • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)
cc₃ : P
cr₃ : ℝ
hcc₃ : cc₃ ∈ affineSpan ℝ (insert p ↑s)
hcc₃' : cc ∈ s
hcr₃' : ∀ p₁ ∈ ps, dist p₁ ↑⟨cc, hcc₃'⟩ = cr
hcr₃val : cr₃ = √(cr * cr + ycc₂ / y * y * (ycc₂ / y * y))
hcr₃ : x * x + y * y - 2 * y * (ycc₂ / y * y) = cr * cr
hcc₃'' : cc₃ = cc₂
⊢ √(cr * cr + ycc₂ / y * y * (ycc₂ / y * y)) = cr₂