-- Mathlib/Analysis/Convex/Combination.lean
theorem convexHull_eq (s : Set E) : convexHull R s =
    { x : E | ∃ (ι : Type) (t : Finset ι) (w : ι → R) (z : ι → E), (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) ∧
      ∑ i ∈ t, w i = 1 ∧ (∀ i ∈ t, z i ∈ s) ∧ t.centerMass w z = x }

Proof state:
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
⊢ (convexHull R) s = {x | ∃ ι t w z, (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) ∧ ∑ i ∈ t, w i = 1 ∧ (∀ i ∈ t, z i ∈ s) ∧ t.centerMass w z = x}

Tactic:
refine Subset.antisymm (convexHull_min ?_ ?_) ?_

Result:
case refine_1
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
⊢ s ⊆ {x | ∃ ι t w z, (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) ∧ ∑ i ∈ t, w i = 1 ∧ (∀ i ∈ t, z i ∈ s) ∧ t.centerMass w z = x}

case refine_2
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
⊢ Convex R {x | ∃ ι t w z, (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) ∧ ∑ i ∈ t, w i = 1 ∧ (∀ i ∈ t, z i ∈ s) ∧ t.centerMass w z = x}

case refine_3
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
⊢ {x | ∃ ι t w z, (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) ∧ ∑ i ∈ t, w i = 1 ∧ (∀ i ∈ t, z i ∈ s) ∧ t.centerMass w z = x} ⊆ (convexHull R) s

Proof state:
case refine_2.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_2
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
ι : Type
sx : Finset ι
wx : ι → R
zx : ι → E
hwx₀ : ∀ i ∈ sx, 0 ≤ wx i
hwx₁ : ∑ i ∈ sx, wx i = 1
hzx : ∀ i ∈ sx, zx i ∈ s
ι' : Type
sy : Finset ι'
wy : ι' → R
zy : ι' → E
hwy₀ : ∀ i ∈ sy, 0 ≤ wy i
hwy₁ : ∑ i ∈ sy, wy i = 1
hzy : ∀ i ∈ sy, zy i ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ ∑ i ∈ sx.disjSum sy, Sum.elim (fun i => a * wx i) (fun j => b * wy j) i = 1

Tactic:
simp [Finset.sum_sumElim, ← mul_sum, *]

Result:
no goals

Proof state:
case refine_1
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
x : E
hx : x ∈ s
⊢ x ∈ {x | ∃ ι t w z, (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) ∧ ∑ i ∈ t, w i = 1 ∧ (∀ i ∈ t, z i ∈ s) ∧ t.centerMass w z = x}

Tactic:
use PUnit, {PUnit.unit}, fun _ => 1, fun _ => x, fun _ _ => zero_le_one, sum_singleton _ _,
  fun _ _ => hx

Result:
case right
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
x : E
hx : x ∈ s
⊢ ({PUnit.unit}.centerMass (fun x => 1) fun x_1 => x) = x

Proof state:
case refine_2.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_1
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
ι : Type
sx : Finset ι
wx : ι → R
zx : ι → E
hwx₀ : ∀ i ∈ sx, 0 ≤ wx i
hwx₁ : ∑ i ∈ sx, wx i = 1
hzx : ∀ i ∈ sx, zx i ∈ s
ι' : Type
sy : Finset ι'
wy : ι' → R
zy : ι' → E
hwy₀ : ∀ i ∈ sy, 0 ≤ wy i
hwy₁ : ∑ i ∈ sy, wy i = 1
hzy : ∀ i ∈ sy, zy i ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
i : ι ⊕ ι'
hi : i ∈ sx.disjSum sy
⊢ 0 ≤ Sum.elim (fun i => a * wx i) (fun j => b * wy j) i

Tactic:
rw [Finset.mem_disjSum] at hi

Result:
case refine_2.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_1
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
ι : Type
sx : Finset ι
wx : ι → R
zx : ι → E
hwx₀ : ∀ i ∈ sx, 0 ≤ wx i
hwx₁ : ∑ i ∈ sx, wx i = 1
hzx : ∀ i ∈ sx, zx i ∈ s
ι' : Type
sy : Finset ι'
wy : ι' → R
zy : ι' → E
hwy₀ : ∀ i ∈ sy, 0 ≤ wy i
hwy₁ : ∑ i ∈ sy, wy i = 1
hzy : ∀ i ∈ sy, zy i ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
i : ι ⊕ ι'
hi : (∃ a ∈ sx, Sum.inl a = i) ∨ ∃ b ∈ sy, Sum.inr b = i
⊢ 0 ≤ Sum.elim (fun i => a * wx i) (fun j => b * wy j) i

Proof state:
case refine_2.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_3
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
ι : Type
sx : Finset ι
wx : ι → R
zx : ι → E
hwx₀ : ∀ i ∈ sx, 0 ≤ wx i
hwx₁ : ∑ i ∈ sx, wx i = 1
hzx : ∀ i ∈ sx, zx i ∈ s
ι' : Type
sy : Finset ι'
wy : ι' → R
zy : ι' → E
hwy₀ : ∀ i ∈ sy, 0 ≤ wy i
hwy₁ : ∑ i ∈ sy, wy i = 1
hzy : ∀ i ∈ sy, zy i ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ ∀ i ∈ sx.disjSum sy, Sum.elim zx zy i ∈ s

Tactic:
intro i hi

Result:
case refine_2.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_3
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
ι : Type
sx : Finset ι
wx : ι → R
zx : ι → E
hwx₀ : ∀ i ∈ sx, 0 ≤ wx i
hwx₁ : ∑ i ∈ sx, wx i = 1
hzx : ∀ i ∈ sx, zx i ∈ s
ι' : Type
sy : Finset ι'
wy : ι' → R
zy : ι' → E
hwy₀ : ∀ i ∈ sy, 0 ≤ wy i
hwy₁ : ∑ i ∈ sy, wy i = 1
hzy : ∀ i ∈ sy, zy i ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
i : ι ⊕ ι'
hi : i ∈ sx.disjSum sy
⊢ Sum.elim zx zy i ∈ s

Proof state:
case refine_2.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
ι : Type
sx : Finset ι
wx : ι → R
zx : ι → E
hwx₀ : ∀ i ∈ sx, 0 ≤ wx i
hwx₁ : ∑ i ∈ sx, wx i = 1
hzx : ∀ i ∈ sx, zx i ∈ s
ι' : Type
sy : Finset ι'
wy : ι' → R
zy : ι' → E
hwy₀ : ∀ i ∈ sy, 0 ≤ wy i
hwy₁ : ∑ i ∈ sy, wy i = 1
hzy : ∀ i ∈ sy, zy i ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ (sx.disjSum sy).centerMass (Sum.elim (fun i => a * wx i) fun j => b * wy j) (Sum.elim zx zy) ∈
    {x | ∃ ι t w z, (∀ i ∈ t, 0 ≤ w i) ∧ ∑ i ∈ t, w i = 1 ∧ (∀ i ∈ t, z i ∈ s) ∧ t.centerMass w z = x}

Tactic:
refine ⟨_, _, _, _, ?_, ?_, ?_, rfl⟩

Result:
case refine_2.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_1
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
ι : Type
sx : Finset ι
wx : ι → R
zx : ι → E
hwx₀ : ∀ i ∈ sx, 0 ≤ wx i
hwx₁ : ∑ i ∈ sx, wx i = 1
hzx : ∀ i ∈ sx, zx i ∈ s
ι' : Type
sy : Finset ι'
wy : ι' → R
zy : ι' → E
hwy₀ : ∀ i ∈ sy, 0 ≤ wy i
hwy₁ : ∑ i ∈ sy, wy i = 1
hzy : ∀ i ∈ sy, zy i ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ ∀ i ∈ sx.disjSum sy, 0 ≤ Sum.elim (fun i => a * wx i) (fun j => b * wy j) i

case refine_2.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_2
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
ι : Type
sx : Finset ι
wx : ι → R
zx : ι → E
hwx₀ : ∀ i ∈ sx, 0 ≤ wx i
hwx₁ : ∑ i ∈ sx, wx i = 1
hzx : ∀ i ∈ sx, zx i ∈ s
ι' : Type
sy : Finset ι'
wy : ι' → R
zy : ι' → E
hwy₀ : ∀ i ∈ sy, 0 ≤ wy i
hwy₁ : ∑ i ∈ sy, wy i = 1
hzy : ∀ i ∈ sy, zy i ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ ∑ i ∈ sx.disjSum sy, Sum.elim (fun i => a * wx i) (fun j => b * wy j) i = 1

case refine_2.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.refine_3
R : Type u_1
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField R
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module R E
s : Set E
ι : Type
sx : Finset ι
wx : ι → R
zx : ι → E
hwx₀ : ∀ i ∈ sx, 0 ≤ wx i
hwx₁ : ∑ i ∈ sx, wx i = 1
hzx : ∀ i ∈ sx, zx i ∈ s
ι' : Type
sy : Finset ι'
wy : ι' → R
zy : ι' → E
hwy₀ : ∀ i ∈ sy, 0 ≤ wy i
hwy₁ : ∑ i ∈ sy, wy i = 1
hzy : ∀ i ∈ sy, zy i ∈ s
a b : R
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ ∀ i ∈ sx.disjSum sy, Sum.elim zx zy i ∈ s