-- Mathlib/Geometry/Euclidean/Sphere/Basic.lean
lemma isDiameter_iff_mem_and_mem_and_dist :
    s.IsDiameter p₁ p₂ ↔ p₁ ∈ s ∧ p₂ ∈ s ∧ dist p₁ p₂ = 2 * s.radius

Proof state:
case h₂
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup V
inst✝² : InnerProductSpace ℝ V
inst✝¹ : MetricSpace P
inst✝ : NormedAddTorsor V P
s : Sphere P
p₁ p₂ : P
x✝ : p₁ ∈ s ∧ p₂ ∈ s ∧ dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
h₁ : p₁ ∈ s
h₂ : p₂ ∈ s
hr : dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
⊢ dist p₂ p₁ = s.radius + s.radius

Tactic:
rw [dist_comm, hr, two_mul]

Result:
no goals

Proof state:
case h₂
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup V
inst✝² : InnerProductSpace ℝ V
inst✝¹ : MetricSpace P
inst✝ : NormedAddTorsor V P
s : Sphere P
p₁ p₂ : P
x✝ : p₁ ∈ s ∧ p₂ ∈ s ∧ dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
h₁ : p₁ ∈ s
h₂ : p₂ ∈ s
hr : dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
⊢ ‖p₂ -ᵥ s.center + (s.center -ᵥ p₁)‖ = ‖p₂ -ᵥ s.center‖ + ‖s.center -ᵥ p₁‖

Tactic:
simp_rw [vsub_add_vsub_cancel, ← dist_eq_norm_vsub, mem_sphere'.1 h₁, mem_sphere.1 h₂]

Result:
case h₂
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup V
inst✝² : InnerProductSpace ℝ V
inst✝¹ : MetricSpace P
inst✝ : NormedAddTorsor V P
s : Sphere P
p₁ p₂ : P
x✝ : p₁ ∈ s ∧ p₂ ∈ s ∧ dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
h₁ : p₁ ∈ s
h₂ : p₂ ∈ s
hr : dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
⊢ dist p₂ p₁ = s.radius + s.radius

Proof state:
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup V
inst✝² : InnerProductSpace ℝ V
inst✝¹ : MetricSpace P
inst✝ : NormedAddTorsor V P
s : Sphere P
p₁ p₂ : P
x✝ : p₁ ∈ s ∧ p₂ ∈ s ∧ dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
h₁ : p₁ ∈ s
h₂ : p₂ ∈ s
hr : dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
⊢ p₂ -ᵥ s.center = s.center -ᵥ p₁

Tactic:
apply eq_of_norm_eq_of_norm_add_eq

Result:
case h₁
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup V
inst✝² : InnerProductSpace ℝ V
inst✝¹ : MetricSpace P
inst✝ : NormedAddTorsor V P
s : Sphere P
p₁ p₂ : P
x✝ : p₁ ∈ s ∧ p₂ ∈ s ∧ dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
h₁ : p₁ ∈ s
h₂ : p₂ ∈ s
hr : dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
⊢ ‖p₂ -ᵥ s.center‖ = ‖s.center -ᵥ p₁‖

case h₂
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup V
inst✝² : InnerProductSpace ℝ V
inst✝¹ : MetricSpace P
inst✝ : NormedAddTorsor V P
s : Sphere P
p₁ p₂ : P
x✝ : p₁ ∈ s ∧ p₂ ∈ s ∧ dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
h₁ : p₁ ∈ s
h₂ : p₂ ∈ s
hr : dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
⊢ ‖p₂ -ᵥ s.center + (s.center -ᵥ p₁)‖ = ‖p₂ -ᵥ s.center‖ + ‖s.center -ᵥ p₁‖

Proof state:
case h₁
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup V
inst✝² : InnerProductSpace ℝ V
inst✝¹ : MetricSpace P
inst✝ : NormedAddTorsor V P
s : Sphere P
p₁ p₂ : P
x✝ : p₁ ∈ s ∧ p₂ ∈ s ∧ dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
h₁ : p₁ ∈ s
h₂ : p₂ ∈ s
hr : dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
⊢ ‖p₂ -ᵥ s.center‖ = ‖s.center -ᵥ p₁‖

Tactic:
simp_rw [← dist_eq_norm_vsub, mem_sphere'.1 h₁, mem_sphere.1 h₂]

Result:
no goals

Proof state:
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup V
inst✝² : InnerProductSpace ℝ V
inst✝¹ : MetricSpace P
inst✝ : NormedAddTorsor V P
s : Sphere P
p₁ p₂ : P
⊢ s.IsDiameter p₁ p₂ ↔ p₁ ∈ s ∧ p₂ ∈ s ∧ dist p₁ p₂ = 2 * s.radius

Tactic:
refine ⟨fun h ↦ ⟨h.left_mem, h.right_mem, h.dist_left_right⟩, fun ⟨h₁, h₂, hr⟩ ↦ ⟨h₁, ?_⟩⟩

Result:
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup V
inst✝² : InnerProductSpace ℝ V
inst✝¹ : MetricSpace P
inst✝ : NormedAddTorsor V P
s : Sphere P
p₁ p₂ : P
x✝ : p₁ ∈ s ∧ p₂ ∈ s ∧ dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
h₁ : p₁ ∈ s
h₂ : p₂ ∈ s
hr : dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
⊢ midpoint ℝ p₁ p₂ = s.center

Proof state:
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup V
inst✝² : InnerProductSpace ℝ V
inst✝¹ : MetricSpace P
inst✝ : NormedAddTorsor V P
s : Sphere P
p₁ p₂ : P
x✝ : p₁ ∈ s ∧ p₂ ∈ s ∧ dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
h₁ : p₁ ∈ s
h₂ : p₂ ∈ s
hr : dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
⊢ midpoint ℝ p₁ p₂ = s.center

Tactic:
rw [midpoint_eq_iff, AffineEquiv.pointReflection_apply, eq_comm, eq_vadd_iff_vsub_eq]

Result:
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup V
inst✝² : InnerProductSpace ℝ V
inst✝¹ : MetricSpace P
inst✝ : NormedAddTorsor V P
s : Sphere P
p₁ p₂ : P
x✝ : p₁ ∈ s ∧ p₂ ∈ s ∧ dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
h₁ : p₁ ∈ s
h₂ : p₂ ∈ s
hr : dist p₁ p₂ = 2 * s.radius
⊢ p₂ -ᵥ s.center = s.center -ᵥ p₁