-- Mathlib/Analysis/Convex/Radon.lean
theorem helly_theorem' {F : ι → Set E} {s : Finset ι}
    (h_convex : ∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i))
    (h_inter : ∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty) :
    (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty

Proof state:
case inr
ι : Type u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝³ : LinearOrderedField 𝕜
inst✝² : AddCommGroup E
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
F : ι → Set E
s : Finset ι
h_convex : ∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)
h_inter : ∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty
h_card : finrank 𝕜 E + 1 ≤ #s
n : ℕ
hn : #s = n
⊢ (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty

Tactic:
rw [hn] at h_card

Result:
case inr
ι : Type u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝³ : LinearOrderedField 𝕜
inst✝² : AddCommGroup E
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
F : ι → Set E
s : Finset ι
h_convex : ∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)
h_inter : ∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty
n : ℕ
h_card : finrank 𝕜 E + 1 ≤ n
hn : #s = n
⊢ (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty

Proof state:
case h.h.intro.intro.h.xs.left
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝³ : LinearOrderedField 𝕜
inst✝² : AddCommGroup E
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
n k : ℕ
h_card : finrank 𝕜 E + 1 ≤ k
hk :
  ∀ {ι : Type u_1} {F : ι → Set E} {s : Finset ι},
    (∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)) →
      (∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty) → #s = k → (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty
ι : Type u_1
F : ι → Set E
s : Finset ι
h_convex : ∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)
h_inter : ∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty
hn : #s = k + 1
a : { x // x ∈ s } → E := fun i => ⋯.some
h_ind : ¬AffineIndependent 𝕜 a
I : Set { x // x ∈ s }
p : E
hp_I : p ∈ (convexHull 𝕜) (a '' I)
hp_Ic : p ∈ (convexHull 𝕜) (a '' Iᶜ)
i✝ : ι
hi✝ : i✝ ∈ Membership.mem s.val
i : { x // x ∈ s } := ⟨i✝, hi✝⟩
J : Set { x // x ∈ s }
hi : i ∈ J
v : E
j : { x // x ∈ s }
hj : j ∈ Jᶜ
hj_v : a j = v
⊢ ↑i ≠ ↑j

Tactic:
exact fun h' ↦ hj ((show i = j from SetCoe.ext h') ▸ hi)

Result:
no goals

Proof state:
case h_convex
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝³ : LinearOrderedField 𝕜
inst✝² : AddCommGroup E
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
n k : ℕ
h_card : finrank 𝕜 E + 1 ≤ k
hk :
  ∀ {ι : Type u_1} {F : ι → Set E} {s : Finset ι},
    (∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)) →
      (∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty) → #s = k → (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty
ι : Type u_1
F : ι → Set E
s : Finset ι
h_convex : ∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)
h_inter : ∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty
hn : #s = k + 1
i : { x // x ∈ s }
⊢ ∀ i_1 ∈ s.erase ↑i, Convex 𝕜 (F i_1)

Tactic:
exact fun i hi ↦ h_convex i (mem_of_mem_erase hi)

Result:
no goals

Proof state:
case inr.succ
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝³ : LinearOrderedField 𝕜
inst✝² : AddCommGroup E
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
n k : ℕ
h_card : finrank 𝕜 E + 1 ≤ k
hk :
  ∀ {ι : Type u_1} {F : ι → Set E} {s : Finset ι},
    (∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)) →
      (∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty) → #s = k → (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty
ι : Type u_1
F : ι → Set E
s : Finset ι
h_convex : ∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)
h_inter : ∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty
hn : #s = k + 1
a : { x // x ∈ s } → E := fun i => ⋯.some
h_ind : ¬AffineIndependent 𝕜 a
⊢ (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty

Tactic:
obtain ⟨I, p, hp_I, hp_Ic⟩ := radon_partition h_ind

Result:
case inr.succ.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝³ : LinearOrderedField 𝕜
inst✝² : AddCommGroup E
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
n k : ℕ
h_card : finrank 𝕜 E + 1 ≤ k
hk :
  ∀ {ι : Type u_1} {F : ι → Set E} {s : Finset ι},
    (∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)) →
      (∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty) → #s = k → (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty
ι : Type u_1
F : ι → Set E
s : Finset ι
h_convex : ∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)
h_inter : ∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty
hn : #s = k + 1
a : { x // x ∈ s } → E := fun i => ⋯.some
h_ind : ¬AffineIndependent 𝕜 a
I : Set { x // x ∈ s }
p : E
hp_I : p ∈ (convexHull 𝕜) (a '' I)
hp_Ic : p ∈ (convexHull 𝕜) (a '' Iᶜ)
⊢ (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty

Proof state:
ι : Type u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝³ : LinearOrderedField 𝕜
inst✝² : AddCommGroup E
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
F : ι → Set E
s : Finset ι
h_convex : ∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)
h_inter : ∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty
⊢ (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty

Tactic:
obtain h_card | h_card := lt_or_le #s (finrank 𝕜 E + 1)

Result:
case inl
ι : Type u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝³ : LinearOrderedField 𝕜
inst✝² : AddCommGroup E
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
F : ι → Set E
s : Finset ι
h_convex : ∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)
h_inter : ∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty
h_card : #s < finrank 𝕜 E + 1
⊢ (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty

case inr
ι : Type u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝³ : LinearOrderedField 𝕜
inst✝² : AddCommGroup E
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
F : ι → Set E
s : Finset ι
h_convex : ∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)
h_inter : ∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty
h_card : finrank 𝕜 E + 1 ≤ #s
⊢ (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty

Proof state:
case hn
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝³ : LinearOrderedField 𝕜
inst✝² : AddCommGroup E
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
n k : ℕ
h_card : finrank 𝕜 E + 1 ≤ k
hk :
  ∀ {ι : Type u_1} {F : ι → Set E} {s : Finset ι},
    (∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)) →
      (∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty) → #s = k → (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty
ι : Type u_1
F : ι → Set E
s : Finset ι
h_convex : ∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)
h_inter : ∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty
hn : #s = k + 1
i : { x // x ∈ s }
⊢ #(s.erase ↑i) = k

Tactic:
simp only [coe_mem, card_erase_of_mem]

Result:
case hn
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝³ : LinearOrderedField 𝕜
inst✝² : AddCommGroup E
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
n k : ℕ
h_card : finrank 𝕜 E + 1 ≤ k
hk :
  ∀ {ι : Type u_1} {F : ι → Set E} {s : Finset ι},
    (∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)) →
      (∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty) → #s = k → (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty
ι : Type u_1
F : ι → Set E
s : Finset ι
h_convex : ∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)
h_inter : ∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty
hn : #s = k + 1
i : { x // x ∈ s }
⊢ #s - 1 = k

Proof state:
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝³ : LinearOrderedField 𝕜
inst✝² : AddCommGroup E
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
n k : ℕ
h_card : finrank 𝕜 E + 1 ≤ k
hk :
  ∀ {ι : Type u_1} {F : ι → Set E} {s : Finset ι},
    (∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)) →
      (∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty) → #s = k → (⋂ i ∈ s, F i).Nonempty
ι : Type u_1
F : ι → Set E
s : Finset ι
h_convex : ∀ i ∈ s, Convex 𝕜 (F i)
h_inter : ∀ I ⊆ s, #I ≤ finrank 𝕜 E + 1 → (⋂ i ∈ I, F i).Nonempty
hn : #s = k + 1
a : { x // x ∈ s } → E := fun i => ⋯.some
⊢ finrank 𝕜 ↥(vectorSpan 𝕜 (Set.range a)) ≤ k - 1

Tactic:
exact (Submodule.finrank_le (vectorSpan 𝕜 (range a))).trans (Nat.le_pred_of_lt h_card)

Result:
no goals