-- Mathlib/Analysis/NormedSpace/Connected.lean
theorem isPathConnected_sphere (h : 1 < Module.rank ℝ E) (x : E) {r : ℝ} (hr : 0 ≤ r) :
    IsPathConnected (sphere x r)

Proof state:
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
⊢ IsPathConnected (sphere x r)

Tactic:
rcases hr.eq_or_lt with rfl|rpos

Result:
case inl
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
hr : 0 ≤ 0
⊢ IsPathConnected (sphere x 0)

case inr
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
⊢ IsPathConnected (sphere x r)

Proof state:
case inr
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
⊢ IsPathConnected (sphere x r)

Tactic:
let f : E → E := fun y ↦ x + (r * ‖y‖⁻¹) • y

Result:
case inr
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
⊢ IsPathConnected (sphere x r)

Proof state:
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
y : E
hy : y ∈ {0}ᶜ
⊢ ‖id y‖ ≠ 0

Tactic:
simpa using hy

Result:
no goals

Proof state:
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
⊢ f '' {0}ᶜ = sphere x r

Tactic:
apply Subset.antisymm

Result:
case h₁
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
⊢ f '' {0}ᶜ ⊆ sphere x r

case h₂
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
⊢ sphere x r ⊆ f '' {0}ᶜ

Proof state:
case inr
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
this : f '' {0}ᶜ = sphere x r
⊢ IsPathConnected (sphere x r)

Tactic:
rwa [this] at C

Result:
no goals

Proof state:
case inl
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
hr : 0 ≤ 0
⊢ IsPathConnected (sphere x 0)

Tactic:
simpa using isPathConnected_singleton x

Result:
no goals

Proof state:
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ {0}ᶜ
⊢ ‖y‖ ≠ 0

Tactic:
simpa using hy

Result:
no goals

Proof state:
case h₂.refine_1
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ sphere x r
H : y = x
⊢ False

Tactic:
simp only [H, mem_sphere_iff_norm, sub_self, norm_zero] at hy

Result:
case h₂.refine_1
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
H : y = x
hy : 0 = r
⊢ False

Proof state:
case h₂
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ sphere x r
⊢ y ∈ f '' {0}ᶜ

Tactic:
refine ⟨y - x, ?_, ?_⟩

Result:
case h₂.refine_1
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ sphere x r
⊢ y - x ∈ {0}ᶜ

case h₂.refine_2
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ sphere x r
⊢ f (y - x) = y

Proof state:
case h₂.refine_2
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ sphere x r
⊢ f (y - x) = y

Tactic:
simp [f, mem_sphere_iff_norm.1 hy, mul_inv_cancel₀ rpos.ne']

Result:
no goals