-- Mathlib/Geometry/Euclidean/Angle/Oriented/Affine.lean
theorem _root_.Collinear.oangle_sign_of_sameRay_vsub {p₁ p₂ p₃ p₄ : P} (p₅ : P) (hp₁p₂ : p₁ ≠ p₂)
    (hp₃p₄ : p₃ ≠ p₄) (hc : Collinear ℝ ({p₁, p₂, p₃, p₄} : Set P))
    (hr : SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) (p₄ -ᵥ p₃)) : (∡ p₁ p₅ p₂).sign = (∡ p₃ p₅ p₄).sign

Proof state:
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
hd2 : Fact (finrank ℝ V = 2)
inst✝ : Oriented ℝ V (Fin 2)
p₁ p₂ p₃ p₄ p₅ : P
hp₁p₂ : p₁ ≠ p₂
hp₃p₄ : p₃ ≠ p₄
hc : Collinear ℝ {p₁, p₂, p₃, p₄}
hr : SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) (p₄ -ᵥ p₃)
hc₅₁₂ : ¬Collinear ℝ {p₅, p₁, p₂}
s : Set (P × P × P) := (fun x => (↑x.1, p₅, x.2 +ᵥ ↑x.1)) '' Set.univ ×ˢ {v | SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) v ∧ v ≠ 0}
hco : IsConnected s
hf : ContinuousOn (fun p => ∡ p.1 p.2.1 p.2.2) s
p : P × P × P
hp : p ∈ s
⊢ ∡ p.1 p.2.1 p.2.2 ≠ 0 ∧ ∡ p.1 p.2.1 p.2.2 ≠ ↑π

Tactic:
simp_rw [s, Set.mem_image, Set.mem_prod, Set.mem_setOf, Set.mem_univ, true_and,
  Prod.ext_iff] at hp

Result:
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
hd2 : Fact (finrank ℝ V = 2)
inst✝ : Oriented ℝ V (Fin 2)
p₁ p₂ p₃ p₄ p₅ : P
hp₁p₂ : p₁ ≠ p₂
hp₃p₄ : p₃ ≠ p₄
hc : Collinear ℝ {p₁, p₂, p₃, p₄}
hr : SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) (p₄ -ᵥ p₃)
hc₅₁₂ : ¬Collinear ℝ {p₅, p₁, p₂}
s : Set (P × P × P) := (fun x => (↑x.1, p₅, x.2 +ᵥ ↑x.1)) '' Set.univ ×ˢ {v | SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) v ∧ v ≠ 0}
hco : IsConnected s
hf : ContinuousOn (fun p => ∡ p.1 p.2.1 p.2.2) s
p : P × P × P
hp : ∃ x, (SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) x.2 ∧ x.2 ≠ 0) ∧ ↑x.1 = p.1 ∧ p₅ = p.2.1 ∧ x.2 +ᵥ ↑x.1 = p.2.2
⊢ ∡ p.1 p.2.1 p.2.2 ≠ 0 ∧ ∡ p.1 p.2.1 p.2.2 ≠ ↑π

Proof state:
case refine_2.mk.mk.intro.mk.mk.intro.intro.intro
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
hd2 : Fact (finrank ℝ V = 2)
inst✝ : Oriented ℝ V (Fin 2)
p₁ p₂ p₃ p₄ p₅ : P
hp₁p₂ : p₁ ≠ p₂
hp₃p₄ : p₃ ≠ p₄
hc : Collinear ℝ {p₁, p₂, p₃, p₄}
hr : SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) (p₄ -ᵥ p₃)
hc₅₁₂ : ¬Collinear ℝ {p₅, p₁, p₂}
s : Set (P × P × P) := (fun x => (↑x.1, p₅, x.2 +ᵥ ↑x.1)) '' Set.univ ×ˢ {v | SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) v ∧ v ≠ 0}
hco : IsConnected s
v : V
q : P
hq : q ∈ affineSpan ℝ {p₁, p₂}
hv : v ∈ {v | SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) v ∧ v ≠ 0}
⊢ v +ᵥ q ≠ p₅

Tactic:
obtain ⟨hvr, -⟩ := hv

Result:
case refine_2.mk.mk.intro.mk.mk.intro.intro.intro.intro
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
hd2 : Fact (finrank ℝ V = 2)
inst✝ : Oriented ℝ V (Fin 2)
p₁ p₂ p₃ p₄ p₅ : P
hp₁p₂ : p₁ ≠ p₂
hp₃p₄ : p₃ ≠ p₄
hc : Collinear ℝ {p₁, p₂, p₃, p₄}
hr : SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) (p₄ -ᵥ p₃)
hc₅₁₂ : ¬Collinear ℝ {p₅, p₁, p₂}
s : Set (P × P × P) := (fun x => (↑x.1, p₅, x.2 +ᵥ ↑x.1)) '' Set.univ ×ˢ {v | SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) v ∧ v ≠ 0}
hco : IsConnected s
v : V
q : P
hq : q ∈ affineSpan ℝ {p₁, p₂}
hvr : SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) v
⊢ v +ᵥ q ≠ p₅

Proof state:
case mk.mk
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
hd2 : Fact (finrank ℝ V = 2)
inst✝ : Oriented ℝ V (Fin 2)
p₁ p₂ p₃ p₄ p₅ : P
hp₁p₂ : p₁ ≠ p₂
hp₃p₄ : p₃ ≠ p₄
hc : Collinear ℝ {p₁, p₂, p₃, p₄}
hr : SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) (p₄ -ᵥ p₃)
hc₅₁₂ : ¬Collinear ℝ {p₅, p₁, p₂}
s : Set (P × P × P) := (fun x => (↑x.1, p₅, x.2 +ᵥ ↑x.1)) '' Set.univ ×ˢ {v | SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) v ∧ v ≠ 0}
hco : IsConnected s
hf : ContinuousOn (fun p => ∡ p.1 p.2.1 p.2.2) s
q₁ q₅ q₂ : P
hp :
  ∃ x,
    (SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) x.2 ∧ x.2 ≠ 0) ∧
      ↑x.1 = (q₁, q₅, q₂).1 ∧ p₅ = (q₁, q₅, q₂).2.1 ∧ x.2 +ᵥ ↑x.1 = (q₁, q₅, q₂).2.2
⊢ ∡ (q₁, q₅, q₂).1 (q₁, q₅, q₂).2.1 (q₁, q₅, q₂).2.2 ≠ 0 ∧ ∡ (q₁, q₅, q₂).1 (q₁, q₅, q₂).2.1 (q₁, q₅, q₂).2.2 ≠ ↑π

Tactic:
dsimp only at hp ⊢

Result:
case mk.mk
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
hd2 : Fact (finrank ℝ V = 2)
inst✝ : Oriented ℝ V (Fin 2)
p₁ p₂ p₃ p₄ p₅ : P
hp₁p₂ : p₁ ≠ p₂
hp₃p₄ : p₃ ≠ p₄
hc : Collinear ℝ {p₁, p₂, p₃, p₄}
hr : SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) (p₄ -ᵥ p₃)
hc₅₁₂ : ¬Collinear ℝ {p₅, p₁, p₂}
s : Set (P × P × P) := (fun x => (↑x.1, p₅, x.2 +ᵥ ↑x.1)) '' Set.univ ×ˢ {v | SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) v ∧ v ≠ 0}
hco : IsConnected s
hf : ContinuousOn (fun p => ∡ p.1 p.2.1 p.2.2) s
q₁ q₅ q₂ : P
hp : ∃ x, (SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) x.2 ∧ x.2 ≠ 0) ∧ ↑x.1 = q₁ ∧ p₅ = q₅ ∧ x.2 +ᵥ ↑x.1 = q₂
⊢ ∡ q₁ q₅ q₂ ≠ 0 ∧ ∡ q₁ q₅ q₂ ≠ ↑π

Proof state:
case neg
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
hd2 : Fact (finrank ℝ V = 2)
inst✝ : Oriented ℝ V (Fin 2)
p₁ p₂ p₃ p₄ p₅ : P
hp₁p₂ : p₁ ≠ p₂
hp₃p₄ : p₃ ≠ p₄
hc : Collinear ℝ {p₁, p₂, p₃, p₄}
hr : SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) (p₄ -ᵥ p₃)
hc₅₁₂ : ¬Collinear ℝ {p₅, p₁, p₂}
s : Set (P × P × P) := (fun x => (↑x.1, p₅, x.2 +ᵥ ↑x.1)) '' Set.univ ×ˢ {v | SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) v ∧ v ≠ 0}
⊢ (∡ p₁ p₅ p₂).sign = (∡ p₃ p₅ p₄).sign

Tactic:
have hco : IsConnected s :=
  haveI : ConnectedSpace line[ℝ, p₁, p₂] := AddTorsor.connectedSpace _ _
  (isConnected_univ.prod (isConnected_setOf_sameRay_and_ne_zero
    (vsub_ne_zero.2 hp₁p₂.symm))).image _ (by fun_prop)

Result:
case neg
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
hd2 : Fact (finrank ℝ V = 2)
inst✝ : Oriented ℝ V (Fin 2)
p₁ p₂ p₃ p₄ p₅ : P
hp₁p₂ : p₁ ≠ p₂
hp₃p₄ : p₃ ≠ p₄
hc : Collinear ℝ {p₁, p₂, p₃, p₄}
hr : SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) (p₄ -ᵥ p₃)
hc₅₁₂ : ¬Collinear ℝ {p₅, p₁, p₂}
s : Set (P × P × P) := (fun x => (↑x.1, p₅, x.2 +ᵥ ↑x.1)) '' Set.univ ×ˢ {v | SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) v ∧ v ≠ 0}
hco : IsConnected s
⊢ (∡ p₁ p₅ p₂).sign = (∡ p₃ p₅ p₄).sign

Proof state:
case mk.mk.intro.mk.mk.intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_2
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
hd2 : Fact (finrank ℝ V = 2)
inst✝ : Oriented ℝ V (Fin 2)
p₁ p₂ p₃ p₄ p₅ : P
hp₁p₂ : p₁ ≠ p₂
hp₃p₄ : p₃ ≠ p₄
hc : Collinear ℝ {p₁, p₂, p₃, p₄}
hr : SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) (p₄ -ᵥ p₃)
hc₅₁₂ : ¬Collinear ℝ {p₅, p₁, p₂}
s : Set (P × P × P) := (fun x => (↑x.1, p₅, x.2 +ᵥ ↑x.1)) '' Set.univ ×ˢ {v | SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) v ∧ v ≠ 0}
hco : IsConnected s
hf : ContinuousOn (fun p => ∡ p.1 p.2.1 p.2.2) s
q : P
r : ℝ
hv0 : r • (p₂ -ᵥ p₁) ≠ 0
hq : q ∈ affineSpan ℝ {p₁, p₂}
⊢ r • (p₂ -ᵥ p₁) ∈ (affineSpan ℝ {p₁, p₂}).direction

Tactic:
rw [direction_affineSpan]

Result:
case mk.mk.intro.mk.mk.intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_2
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
hd2 : Fact (finrank ℝ V = 2)
inst✝ : Oriented ℝ V (Fin 2)
p₁ p₂ p₃ p₄ p₅ : P
hp₁p₂ : p₁ ≠ p₂
hp₃p₄ : p₃ ≠ p₄
hc : Collinear ℝ {p₁, p₂, p₃, p₄}
hr : SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) (p₄ -ᵥ p₃)
hc₅₁₂ : ¬Collinear ℝ {p₅, p₁, p₂}
s : Set (P × P × P) := (fun x => (↑x.1, p₅, x.2 +ᵥ ↑x.1)) '' Set.univ ×ˢ {v | SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) v ∧ v ≠ 0}
hco : IsConnected s
hf : ContinuousOn (fun p => ∡ p.1 p.2.1 p.2.2) s
q : P
r : ℝ
hv0 : r • (p₂ -ᵥ p₁) ≠ 0
hq : q ∈ affineSpan ℝ {p₁, p₂}
⊢ r • (p₂ -ᵥ p₁) ∈ vectorSpan ℝ {p₁, p₂}