-- Mathlib/LinearAlgebra/Lagrange.lean
theorem interpolate_eq_sum_interpolate_insert_sdiff (hvt : Set.InjOn v t) (hs : s.Nonempty)
    (hst : s ⊆ t) :
    interpolate t v r = ∑ i ∈ s, interpolate (insert i (t \ s)) v r * Lagrange.basis s v i

Proof state:
case neg
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ t
hi' : i ∉ s
H : ∑ j ∈ s, eval (v i) (Lagrange.basis s v j) = 1
j : ι
hj : j ∈ s
⊢ eval (v i) ((interpolate (insert j (t \ s)) v) r) * eval (v i) (Lagrange.basis s v j) =
    r i * eval (v i) (Lagrange.basis s v j)

Tactic:
congr

Result:
case neg.e_a
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ t
hi' : i ∉ s
H : ∑ j ∈ s, eval (v i) (Lagrange.basis s v j) = 1
j : ι
hj : j ∈ s
⊢ eval (v i) ((interpolate (insert j (t \ s)) v) r) = r i

Proof state:
case refine_1
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
⊢ ∀ b ∈ s, ((interpolate (insert b (t \ s)) v) r).degree + (Lagrange.basis s v b).degree < ↑(#t)

Tactic:
intro i hi

Result:
case refine_1
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ ((interpolate (insert i (t \ s)) v) r).degree + (Lagrange.basis s v i).degree < ↑(#t)

Proof state:
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
⊢ (interpolate t v) r = ∑ i ∈ s, (interpolate (insert i (t \ s)) v) r * Lagrange.basis s v i

Tactic:
symm

Result:
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
⊢ ∑ i ∈ s, (interpolate (insert i (t \ s)) v) r * Lagrange.basis s v i = (interpolate t v) r

Proof state:
case neg
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ t
hi' : i ∉ s
⊢ ∑ x ∈ s, eval (v i) ((interpolate (insert x (t \ s)) v) r) * eval (v i) (Lagrange.basis s v x) = r i

Tactic:
have H : (∑ j ∈ s, eval (v i) (Lagrange.basis s v j)) = 1 := by
  rw [← eval_finset_sum, sum_basis (hvt.mono hst) hs, eval_one]

Result:
case neg
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ t
hi' : i ∉ s
H : ∑ j ∈ s, eval (v i) (Lagrange.basis s v j) = 1
⊢ ∑ x ∈ s, eval (v i) ((interpolate (insert x (t \ s)) v) r) * eval (v i) (Lagrange.basis s v x) = r i

Proof state:
case refine_1
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
⊢ (s.sup fun b => ((interpolate (insert b (t \ s)) v) r * Lagrange.basis s v b).degree) < ↑(#t)

Tactic:
simp_rw [Nat.cast_withBot, Finset.sup_lt_iff (WithBot.bot_lt_coe #t), degree_mul]

Result:
case refine_1
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
⊢ ∀ b ∈ s, ((interpolate (insert b (t \ s)) v) r).degree + (Lagrange.basis s v b).degree < ↑(#t)

Proof state:
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ t
hi' : i ∉ s
⊢ ∑ j ∈ s, eval (v i) (Lagrange.basis s v j) = 1

Tactic:
rw [← eval_finset_sum, sum_basis (hvt.mono hst) hs, eval_one]

Result:
no goals

Proof state:
case h.e'_4.h.e'_1
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs✝ : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ s
hs : 1 ≤ #s
hst' : #s ≤ #t
H : #t = 1 + (#t - #s) + (#s - 1)
⊢ 1 + (#t - #s) = #(insert i (t \ s))

Tactic:
rw [card_insert_of_not_mem (not_mem_sdiff_of_mem_right hi), card_sdiff hst, add_comm]

Result:
no goals

Proof state:
case pos.intro
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ t
hi' : i ∈ s
j : ι
hj : j ∈ s.erase i
hij : j ≠ i
right✝ : j ∈ s
⊢ eval (v i) ((interpolate (insert j (t \ s)) v) r) * eval (v i) (Lagrange.basis s v j) = 0

Tactic:
rw [eval_basis_of_ne hij hi', mul_zero]

Result:
no goals

Proof state:
case refine_1
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs✝ : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ s
hs : 1 ≤ #s
hst' : #s ≤ #t
H : #t = 1 + (#t - #s) + (#s - 1)
⊢ ((interpolate (insert i (t \ s)) v) r).degree + (Lagrange.basis s v i).degree < ↑(#t)

Tactic:
rw [degree_basis (Set.InjOn.mono hst hvt) hi, H, WithBot.coe_add, Nat.cast_withBot,
  WithBot.add_lt_add_iff_right (@WithBot.coe_ne_bot _ (#s - 1))]

Result:
case refine_1
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs✝ : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ s
hs : 1 ≤ #s
hst' : #s ≤ #t
H : #t = 1 + (#t - #s) + (#s - 1)
⊢ ((interpolate (insert i (t \ s)) v) r).degree < ↑(1 + (#t - #s))

Proof state:
case neg.e_a
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ t
hi' : i ∉ s
H : ∑ j ∈ s, eval (v i) (Lagrange.basis s v j) = 1
j : ι
hj : j ∈ s
⊢ eval (v i) ((interpolate (insert j (t \ s)) v) r) = r i

Tactic:
exact
  eval_interpolate_at_node _ (hvt.mono (insert_subset_iff.mpr ⟨hst hj, sdiff_subset⟩))
    (mem_insert.mpr (Or.inr (mem_sdiff.mpr ⟨hi, hi'⟩)))

Result:
no goals

Proof state:
case pos
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ t
hi' : i ∈ s
⊢ ∑ x ∈ s.erase i, eval (v i) ((interpolate (insert x (t \ s)) v) r) * eval (v i) (Lagrange.basis s v x) = 0

Tactic:
refine sum_eq_zero fun j hj => ?_

Result:
case pos
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ t
hi' : i ∈ s
j : ι
hj : j ∈ s.erase i
⊢ eval (v i) ((interpolate (insert j (t \ s)) v) r) * eval (v i) (Lagrange.basis s v j) = 0

Proof state:
case pos
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ t
hi' : i ∈ s
j : ι
hj : j ∈ s.erase i
⊢ eval (v i) ((interpolate (insert j (t \ s)) v) r) * eval (v i) (Lagrange.basis s v j) = 0

Tactic:
rcases mem_erase.mp hj with ⟨hij, _⟩

Result:
case pos.intro
F : Type u_1
inst✝¹ : Field F
ι : Type u_2
inst✝ : DecidableEq ι
s t : Finset ι
v r : ι → F
hvt : Set.InjOn v ↑t
hs : s.Nonempty
hst : s ⊆ t
i : ι
hi : i ∈ t
hi' : i ∈ s
j : ι
hj : j ∈ s.erase i
hij : j ≠ i
right✝ : j ∈ s
⊢ eval (v i) ((interpolate (insert j (t \ s)) v) r) * eval (v i) (Lagrange.basis s v j) = 0