-- Mathlib/LinearAlgebra/AffineSpace/FiniteDimensional.lean
theorem AffineIndependent.finrank_vectorSpan_image_finset [DecidableEq P]
    {p : ι → P} (hi : AffineIndependent k p) {s : Finset ι} {n : ℕ} (hc : #s = n + 1) :
    finrank k (vectorSpan k (s.image p : Set P)) = n

Proof state:
case intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc✝ : #s = n + 1
hc' : #(Finset.image p s) = n + 1
p₁ : P
hi' : LinearIndependent k fun (v : ↑↑(Finset.image (fun p => p -ᵥ p₁) ((Finset.image p s).erase p₁))) => ↑v
hp₁ : p₁ ∈ Finset.image p s
hp₁' : p₁ ∈ p '' ↑s
hc : #(Finset.image (fun x => x -ᵥ p₁) ((Finset.image p s).erase p₁)) = n
⊢ finrank k ↥(vectorSpan k ↑(Finset.image p s)) = n

Tactic:
rwa [vectorSpan_eq_span_vsub_finset_right_ne k hp₁, finrank_span_finset_eq_card, hc]

Result:
no goals

Proof state:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
⊢ finrank k ↥(vectorSpan k ↑(Finset.image p s)) = n

Tactic:
have hi' := hi.range.mono (Set.image_subset_range p ↑s)

Result:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hi' : AffineIndependent k fun x => ↑x
⊢ finrank k ↥(vectorSpan k ↑(Finset.image p s)) = n

Proof state:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hi' : AffineIndependent k fun x => ↑x
hc' : #(Finset.image p s) = n + 1
⊢ finrank k ↥(vectorSpan k ↑(Finset.image p s)) = n

Tactic:
have hn : (s.image p).Nonempty := by simp [hc', ← Finset.card_pos]

Result:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hi' : AffineIndependent k fun x => ↑x
hc' : #(Finset.image p s) = n + 1
hn : (Finset.image p s).Nonempty
⊢ finrank k ↥(vectorSpan k ↑(Finset.image p s)) = n

Proof state:
case intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hi' : AffineIndependent k fun x => ↑x
hc' : #(Finset.image p s) = n + 1
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ Finset.image p s
⊢ finrank k ↥(vectorSpan k ↑(Finset.image p s)) = n

Tactic:
have hp₁' : p₁ ∈ p '' s := by simpa using hp₁

Result:
case intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hi' : AffineIndependent k fun x => ↑x
hc' : #(Finset.image p s) = n + 1
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ Finset.image p s
hp₁' : p₁ ∈ p '' ↑s
⊢ finrank k ↥(vectorSpan k ↑(Finset.image p s)) = n

Proof state:
case intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hi' : AffineIndependent k fun x => ↑x
hc' : #(Finset.image p s) = n + 1
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ Finset.image p s
hp₁' : p₁ ∈ p '' ↑s
⊢ finrank k ↥(vectorSpan k ↑(Finset.image p s)) = n

Tactic:
rw [affineIndependent_set_iff_linearIndependent_vsub k hp₁', ← Finset.coe_singleton,
  ← Finset.coe_image, ← Finset.coe_sdiff, Finset.sdiff_singleton_eq_erase, ← Finset.coe_image]
  at hi'

Result:
case intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hc' : #(Finset.image p s) = n + 1
p₁ : P
hi' : LinearIndependent k fun (v : ↑↑(Finset.image (fun p => p -ᵥ p₁) ((Finset.image p s).erase p₁))) => ↑v
hp₁ : p₁ ∈ Finset.image p s
hp₁' : p₁ ∈ p '' ↑s
⊢ finrank k ↥(vectorSpan k ↑(Finset.image p s)) = n

Proof state:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hi' : AffineIndependent k fun x => ↑x
⊢ finrank k ↥(vectorSpan k ↑(Finset.image p s)) = n

Tactic:
have hc' : #(s.image p) = n + 1 := by rwa [s.card_image_of_injective hi.injective]

Result:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hi' : AffineIndependent k fun x => ↑x
hc' : #(Finset.image p s) = n + 1
⊢ finrank k ↥(vectorSpan k ↑(Finset.image p s)) = n

Proof state:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hc' : #(Finset.image p s) = n + 1
p₁ : P
hi' : LinearIndependent k fun (v : ↑↑(Finset.image (fun p => p -ᵥ p₁) ((Finset.image p s).erase p₁))) => ↑v
hp₁ : p₁ ∈ Finset.image p s
hp₁' : p₁ ∈ p '' ↑s
⊢ #(Finset.image p s) - 1 = n

Tactic:
exact Nat.pred_eq_of_eq_succ hc'

Result:
no goals

Proof state:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hi' : AffineIndependent k fun x => ↑x
hc' : #(Finset.image p s) = n + 1
hn : (Finset.image p s).Nonempty
⊢ finrank k ↥(vectorSpan k ↑(Finset.image p s)) = n

Tactic:
rcases hn with ⟨p₁, hp₁⟩

Result:
case intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hi' : AffineIndependent k fun x => ↑x
hc' : #(Finset.image p s) = n + 1
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ Finset.image p s
⊢ finrank k ↥(vectorSpan k ↑(Finset.image p s)) = n

Proof state:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hi' : AffineIndependent k fun x => ↑x
hc' : #(Finset.image p s) = n + 1
⊢ (Finset.image p s).Nonempty

Tactic:
simp [hc', ← Finset.card_pos]

Result:
no goals

Proof state:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
ι : Type u_4
inst✝⁴ : DivisionRing k
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module k V
inst✝¹ : AffineSpace V P
inst✝ : DecidableEq P
p : ι → P
hi : AffineIndependent k p
s : Finset ι
n : ℕ
hc : #s = n + 1
hi' : AffineIndependent k fun x => ↑x
⊢ #(Finset.image p s) = n + 1

Tactic:
rwa [s.card_image_of_injective hi.injective]

Result:
no goals