-- 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
hsp : ∀ p ∈ s, ∡ p.1 p.2.1 p.2.2 ≠ 0 ∧ ∡ p.1 p.2.1 p.2.2 ≠ ↑π
hp₁p₂s : (p₁, p₅, p₂) ∈ s
⊢ ∃ x, (SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) x.2 ∧ x.2 ≠ 0) ∧ ↑x.1 = p₃ ∧ True ∧ x.2 +ᵥ ↑x.1 = p₄

Tactic:
refine ⟨⟨⟨p₃, hc.mem_affineSpan_of_mem_of_ne (Set.mem_insert _ _)
  (Set.mem_insert_of_mem _ (Set.mem_insert _ _))
  (Set.mem_insert_of_mem _ (Set.mem_insert_of_mem _ (Set.mem_insert _ _))) hp₁p₂⟩, p₄ -ᵥ p₃⟩,
  ⟨hr, vsub_ne_zero.2 hp₃p₄.symm⟩, ?_⟩

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
hsp : ∀ p ∈ s, ∡ p.1 p.2.1 p.2.2 ≠ 0 ∧ ∡ p.1 p.2.1 p.2.2 ≠ ↑π
hp₁p₂s : (p₁, p₅, p₂) ∈ s
⊢ ↑(⟨p₃, ⋯⟩, p₄ -ᵥ p₃).1 = p₃ ∧ True ∧ (⟨p₃, ⋯⟩, p₄ -ᵥ p₃).2 +ᵥ ↑(⟨p₃, ⋯⟩, p₄ -ᵥ p₃).1 = p₄

Proof state:
case mk.mk.intro.mk.mk.intro.intro.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
hf : ContinuousOn (fun p => ∡ p.1 p.2.1 p.2.2) s
q : P
hq : q ∈ affineSpan ℝ {p₁, p₂}
r : ℝ
hv0 : r • (p₂ -ᵥ p₁) ≠ 0
⊢ ∡ q p₅ (r • (p₂ -ᵥ p₁) +ᵥ q) ≠ 0 ∧ ∡ q p₅ (r • (p₂ -ᵥ p₁) +ᵥ q) ≠ ↑π

Tactic:
change q ∈ line[ℝ, p₁, p₂] at hq

Result:
case mk.mk.intro.mk.mk.intro.intro.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
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}
⊢ ∡ q p₅ (r • (p₂ -ᵥ p₁) +ᵥ q) ≠ 0 ∧ ∡ q p₅ (r • (p₂ -ᵥ p₁) +ᵥ q) ≠ ↑π

Proof state:
case 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
hf : ContinuousOn (fun p => ∡ p.1 p.2.1 p.2.2) s
v : V
q : P
hq : q ∈ affineSpan ℝ {p₁, p₂}
hvr : ∃ r, 0 ≤ r ∧ r • (p₂ -ᵥ p₁) = v
hv0 : v ≠ 0
⊢ ∡ q p₅ (v +ᵥ q) ≠ 0 ∧ ∡ q p₅ (v +ᵥ q) ≠ ↑π

Tactic:
obtain ⟨r, -, rfl⟩ := hvr

Result:
case mk.mk.intro.mk.mk.intro.intro.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
hf : ContinuousOn (fun p => ∡ p.1 p.2.1 p.2.2) s
q : P
hq : q ∈ affineSpan ℝ {p₁, p₂}
r : ℝ
hv0 : r • (p₂ -ᵥ p₁) ≠ 0
⊢ ∡ q p₅ (r • (p₂ -ᵥ p₁) +ᵥ q) ≠ 0 ∧ ∡ q p₅ (r • (p₂ -ᵥ p₁) +ᵥ q) ≠ ↑π

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
hsp : ∀ p ∈ s, ∡ p.1 p.2.1 p.2.2 ≠ 0 ∧ ∡ p.1 p.2.1 p.2.2 ≠ ↑π
⊢ (p₁, p₅, p₂) ∈ s

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

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
hsp : ∀ p ∈ s, ∡ p.1 p.2.1 p.2.2 ≠ 0 ∧ ∡ p.1 p.2.1 p.2.2 ≠ ↑π
⊢ ∃ x, (SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) x.2 ∧ x.2 ≠ 0) ∧ ↑x.1 = p₁ ∧ True ∧ x.2 +ᵥ ↑x.1 = p₂

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}
this : ConnectedSpace ↥(affineSpan ℝ {p₁, p₂})
⊢ ContinuousOn (fun x => (↑x.1, p₅, x.2 +ᵥ ↑x.1)) (Set.univ ×ˢ {y | SameRay ℝ (p₂ -ᵥ p₁) y ∧ y ≠ 0})

Tactic:
fun_prop

Result:
no goals