-- Mathlib/Analysis/Convex/Side.lean
theorem wSameSide_iff_exists_left {s : AffineSubspace R P} {x y p₁ : P} (h : p₁ ∈ s) :
    s.WSameSide x y ↔ x ∈ s ∨ ∃ p₂ ∈ s, SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂)

Proof state:
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
⊢ s.WSameSide x y ↔ x ∈ s ∨ ∃ p₂ ∈ s, SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂)

Tactic:
constructor

Result:
case mp
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
⊢ s.WSameSide x y → x ∈ s ∨ ∃ p₂ ∈ s, SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂)

case mpr
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
⊢ (x ∈ s ∨ ∃ p₂ ∈ s, SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂)) → s.WSameSide x y

Proof state:
case mp.intro.intro.intro.intro.inl
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
h0 : x = p₁'
⊢ p₁' ∈ s ∨ ∃ p₂ ∈ s, SameRay R (p₁' -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂)

Tactic:
exact Or.inl hp₁'

Result:
no goals

Proof state:
case mp.intro.intro.intro.intro.inr.inl
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
h0 : y -ᵥ p₂' = 0
⊢ x ∈ s ∨ ∃ p₂ ∈ s, SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂)

Tactic:
refine Or.inr ⟨p₂', hp₂', ?_⟩

Result:
case mp.intro.intro.intro.intro.inr.inl
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
h0 : y -ᵥ p₂' = 0
⊢ SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂')

Proof state:
case mpr.inr.intro.intro
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
h₁ : P
h₂ : h₁ ∈ s
h₃ : SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ h₁)
⊢ s.WSameSide x y

Tactic:
exact ⟨p₁, h, h₁, h₂, h₃⟩

Result:
no goals

Proof state:
case mp.intro.intro.intro.intro.inr.inl
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
h0 : y -ᵥ p₂' = 0
⊢ SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂')

Tactic:
rw [h0]

Result:
case mp.intro.intro.intro.intro.inr.inl
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
h0 : y -ᵥ p₂' = 0
⊢ SameRay R (x -ᵥ p₁) 0

Proof state:
case mp
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
⊢ s.WSameSide x y → x ∈ s ∨ ∃ p₂ ∈ s, SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂)

Tactic:
rintro ⟨p₁', hp₁', p₂', hp₂', h0 | h0 | ⟨r₁, r₂, hr₁, hr₂, hr⟩⟩

Result:
case mp.intro.intro.intro.intro.inl
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
h0 : x -ᵥ p₁' = 0
⊢ x ∈ s ∨ ∃ p₂ ∈ s, SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂)

case mp.intro.intro.intro.intro.inr.inl
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
h0 : y -ᵥ p₂' = 0
⊢ x ∈ s ∨ ∃ p₂ ∈ s, SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂)

case mp.intro.intro.intro.intro.inr.inr.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
r₁ r₂ : R
hr₁ : 0 < r₁
hr₂ : 0 < r₂
hr : r₁ • (x -ᵥ p₁') = r₂ • (y -ᵥ p₂')
⊢ x ∈ s ∨ ∃ p₂ ∈ s, SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂)

Proof state:
case mp.intro.intro.intro.intro.inr.inr.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
r₁ r₂ : R
hr₁ : 0 < r₁
hr₂ : 0 < r₂
hr : r₁ • (x -ᵥ p₁') = r₂ • (y -ᵥ p₂')
⊢ r₁ • (x -ᵥ p₁) = r₂ • (y -ᵥ ((r₁ / r₂) • (p₁ -ᵥ p₁') +ᵥ p₂'))

Tactic:
rw [vsub_vadd_eq_vsub_sub, smul_sub, ← hr, smul_smul, mul_div_cancel₀ _ hr₂.ne.symm,
  ← smul_sub, vsub_sub_vsub_cancel_right]

Result:
no goals

Proof state:
case mp.intro.intro.intro.intro.inr.inl
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
h0 : y -ᵥ p₂' = 0
⊢ SameRay R (x -ᵥ p₁) 0

Tactic:
exact SameRay.zero_right _

Result:
no goals

Proof state:
case mp.intro.intro.intro.intro.inr.inr.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
r₁ r₂ : R
hr₁ : 0 < r₁
hr₂ : 0 < r₂
hr : r₁ • (x -ᵥ p₁') = r₂ • (y -ᵥ p₂')
⊢ x ∈ s ∨ ∃ p₂ ∈ s, SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂)

Tactic:
refine Or.inr ⟨(r₁ / r₂) • (p₁ -ᵥ p₁') +ᵥ p₂', s.smul_vsub_vadd_mem _ h hp₁' hp₂',
  Or.inr (Or.inr ⟨r₁, r₂, hr₁, hr₂, ?_⟩)⟩

Result:
case mp.intro.intro.intro.intro.inr.inr.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
r₁ r₂ : R
hr₁ : 0 < r₁
hr₂ : 0 < r₂
hr : r₁ • (x -ᵥ p₁') = r₂ • (y -ᵥ p₂')
⊢ r₁ • (x -ᵥ p₁) = r₂ • (y -ᵥ ((r₁ / r₂) • (p₁ -ᵥ p₁') +ᵥ p₂'))

Proof state:
case mp.intro.intro.intro.intro.inl
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
h0 : x = p₁'
⊢ x ∈ s ∨ ∃ p₂ ∈ s, SameRay R (x -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂)

Tactic:
rw [h0]

Result:
case mp.intro.intro.intro.intro.inl
R : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_4
inst✝³ : LinearOrderedField R
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module R V
inst✝ : AddTorsor V P
s : AffineSubspace R P
x y p₁ : P
h : p₁ ∈ s
p₁' : P
hp₁' : p₁' ∈ s
p₂' : P
hp₂' : p₂' ∈ s
h0 : x = p₁'
⊢ p₁' ∈ s ∨ ∃ p₂ ∈ s, SameRay R (p₁' -ᵥ p₁) (y -ᵥ p₂)