-- Mathlib/Analysis/Calculus/FDeriv/Symmetric.lean
theorem Convex.isLittleO_alternate_sum_square {v w : E} (h4v : x + (4 : ℝ) • v ∈ interior s)
    (h4w : x + (4 : ℝ) • w ∈ interior s) :
    (fun h : ℝ => f (x + h • (2 • v + 2 • w)) + f (x + h • (v + w))
        - f (x + h • (2 • v + w)) - f (x + h • (v + 2 • w)) - h ^ 2 • f'' v w) =o[𝓝[>] 0]
      fun h => h ^ 2

Proof state:
E : Type u_1
F : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : NormedSpace ℝ E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : NormedSpace ℝ F
s : Set E
s_conv : Convex ℝ s
f : E → F
f' : E → E →L[ℝ] F
f'' : E →L[ℝ] E →L[ℝ] F
hf : ∀ x ∈ interior s, HasFDerivAt f (f' x) x
x : E
xs : x ∈ s
hx : HasFDerivWithinAt f' f'' (interior s) x
v w : E
h4v : x + 4 • v ∈ interior s
h4w : x + 4 • w ∈ interior s
A : 1 / 2 ∈ Ioc 0 1
B : 1 / 2 ∈ Icc 0 1
h2v2w : x + 2 • v + 2 • w ∈ interior s
h2vww : x + (2 • v + w) + w ∈ interior s
h2v : x + 2 • v ∈ interior s
h2w : x + 2 • w ∈ interior s
hvw : x + (v + w) ∈ interior s
h2vw : x + (2 • v + w) ∈ interior s
⊢ x + (v + w) + w ∈ interior s

Tactic:
convert s_conv.interior.add_smul_sub_mem h2w h2v2w B using 1

Result:
case h.e'_5
E : Type u_1
F : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : NormedSpace ℝ E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : NormedSpace ℝ F
s : Set E
s_conv : Convex ℝ s
f : E → F
f' : E → E →L[ℝ] F
f'' : E →L[ℝ] E →L[ℝ] F
hf : ∀ x ∈ interior s, HasFDerivAt f (f' x) x
x : E
xs : x ∈ s
hx : HasFDerivWithinAt f' f'' (interior s) x
v w : E
h4v : x + 4 • v ∈ interior s
h4w : x + 4 • w ∈ interior s
A : 1 / 2 ∈ Ioc 0 1
B : 1 / 2 ∈ Icc 0 1
h2v2w : x + 2 • v + 2 • w ∈ interior s
h2vww : x + (2 • v + w) + w ∈ interior s
h2v : x + 2 • v ∈ interior s
h2w : x + 2 • w ∈ interior s
hvw : x + (v + w) ∈ interior s
h2vw : x + (2 • v + w) ∈ interior s
⊢ x + (v + w) + w = x + 2 • w + (1 / 2) • (x + 2 • v + 2 • w - (x + 2 • w))

Proof state:
E : Type u_1
F : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : NormedSpace ℝ E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : NormedSpace ℝ F
s : Set E
s_conv : Convex ℝ s
f : E → F
f' : E → E →L[ℝ] F
f'' : E →L[ℝ] E →L[ℝ] F
hf : ∀ x ∈ interior s, HasFDerivAt f (f' x) x
x : E
xs : x ∈ s
hx : HasFDerivWithinAt f' f'' (interior s) x
v w : E
h4v : x + 4 • v ∈ interior s
h4w : x + 4 • w ∈ interior s
A : 1 / 2 ∈ Ioc 0 1
B : 1 / 2 ∈ Icc 0 1
h2v2w : x + 2 • v + 2 • w ∈ interior s
h2vww : x + (2 • v + w) + w ∈ interior s
h2v : x + 2 • v ∈ interior s
⊢ (fun h =>
      f (x + h • (2 • v + 2 • w)) + f (x + h • (v + w)) - f (x + h • (2 • v + w)) - f (x + h • (v + 2 • w)) -
        h ^ 2 • (f'' v) w) =o[𝓝[>] 0]
    fun h => h ^ 2

Tactic:
have h2w : x + (2 : ℝ) • w ∈ interior s := by
  convert s_conv.add_smul_sub_mem_interior xs h4w A using 1
  module

Result:
E : Type u_1
F : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : NormedSpace ℝ E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : NormedSpace ℝ F
s : Set E
s_conv : Convex ℝ s
f : E → F
f' : E → E →L[ℝ] F
f'' : E →L[ℝ] E →L[ℝ] F
hf : ∀ x ∈ interior s, HasFDerivAt f (f' x) x
x : E
xs : x ∈ s
hx : HasFDerivWithinAt f' f'' (interior s) x
v w : E
h4v : x + 4 • v ∈ interior s
h4w : x + 4 • w ∈ interior s
A : 1 / 2 ∈ Ioc 0 1
B : 1 / 2 ∈ Icc 0 1
h2v2w : x + 2 • v + 2 • w ∈ interior s
h2vww : x + (2 • v + w) + w ∈ interior s
h2v : x + 2 • v ∈ interior s
h2w : x + 2 • w ∈ interior s
⊢ (fun h =>
      f (x + h • (2 • v + 2 • w)) + f (x + h • (v + w)) - f (x + h • (2 • v + w)) - f (x + h • (v + 2 • w)) -
        h ^ 2 • (f'' v) w) =o[𝓝[>] 0]
    fun h => h ^ 2

Proof state:
E : Type u_1
F : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : NormedSpace ℝ E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : NormedSpace ℝ F
s : Set E
s_conv : Convex ℝ s
f : E → F
f' : E → E →L[ℝ] F
f'' : E →L[ℝ] E →L[ℝ] F
hf : ∀ x ∈ interior s, HasFDerivAt f (f' x) x
x : E
xs : x ∈ s
hx : HasFDerivWithinAt f' f'' (interior s) x
v w : E
h4v : x + 4 • v ∈ interior s
h4w : x + 4 • w ∈ interior s
A : 1 / 2 ∈ Ioc 0 1
B : 1 / 2 ∈ Icc 0 1
h2v2w : x + 2 • v + 2 • w ∈ interior s
h2vww : x + (2 • v + w) + w ∈ interior s
h2v : x + 2 • v ∈ interior s
h2w : x + 2 • w ∈ interior s
hvw : x + (v + w) ∈ interior s
h2vw : x + (2 • v + w) ∈ interior s
hvww : x + (v + w) + w ∈ interior s
TA1 :
  (fun h =>
      f (x + h • (2 • v + w) + h • w) - f (x + h • (2 • v + w)) - h • (f' x) w - h ^ 2 • (f'' (2 • v + w)) w -
        (h ^ 2 / 2) • (f'' w) w) =o[𝓝[>] 0]
    fun h => h ^ 2
⊢ (fun h =>
      f (x + h • (2 • v + 2 • w)) + f (x + h • (v + w)) - f (x + h • (2 • v + w)) - f (x + h • (v + 2 • w)) -
        h ^ 2 • (f'' v) w) =o[𝓝[>] 0]
    fun h => h ^ 2

Tactic:
have TA2 := s_conv.taylor_approx_two_segment hf xs hx hvw hvww

Result:
E : Type u_1
F : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : NormedSpace ℝ E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : NormedSpace ℝ F
s : Set E
s_conv : Convex ℝ s
f : E → F
f' : E → E →L[ℝ] F
f'' : E →L[ℝ] E →L[ℝ] F
hf : ∀ x ∈ interior s, HasFDerivAt f (f' x) x
x : E
xs : x ∈ s
hx : HasFDerivWithinAt f' f'' (interior s) x
v w : E
h4v : x + 4 • v ∈ interior s
h4w : x + 4 • w ∈ interior s
A : 1 / 2 ∈ Ioc 0 1
B : 1 / 2 ∈ Icc 0 1
h2v2w : x + 2 • v + 2 • w ∈ interior s
h2vww : x + (2 • v + w) + w ∈ interior s
h2v : x + 2 • v ∈ interior s
h2w : x + 2 • w ∈ interior s
hvw : x + (v + w) ∈ interior s
h2vw : x + (2 • v + w) ∈ interior s
hvww : x + (v + w) + w ∈ interior s
TA1 :
  (fun h =>
      f (x + h • (2 • v + w) + h • w) - f (x + h • (2 • v + w)) - h • (f' x) w - h ^ 2 • (f'' (2 • v + w)) w -
        (h ^ 2 / 2) • (f'' w) w) =o[𝓝[>] 0]
    fun h => h ^ 2
TA2 :
  (fun h =>
      f (x + h • (v + w) + h • w) - f (x + h • (v + w)) - h • (f' x) w - h ^ 2 • (f'' (v + w)) w -
        (h ^ 2 / 2) • (f'' w) w) =o[𝓝[>] 0]
    fun h => h ^ 2
⊢ (fun h =>
      f (x + h • (2 • v + 2 • w)) + f (x + h • (v + w)) - f (x + h • (2 • v + w)) - f (x + h • (v + 2 • w)) -
        h ^ 2 • (f'' v) w) =o[𝓝[>] 0]
    fun h => h ^ 2

Proof state:
E : Type u_1
F : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : NormedSpace ℝ E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : NormedSpace ℝ F
s : Set E
s_conv : Convex ℝ s
f : E → F
f' : E → E →L[ℝ] F
f'' : E →L[ℝ] E →L[ℝ] F
hf : ∀ x ∈ interior s, HasFDerivAt f (f' x) x
x : E
xs : x ∈ s
hx : HasFDerivWithinAt f' f'' (interior s) x
v w : E
h4v : x + 4 • v ∈ interior s
h4w : x + 4 • w ∈ interior s
A : 1 / 2 ∈ Ioc 0 1
B : 1 / 2 ∈ Icc 0 1
h2v2w : x + 2 • v + 2 • w ∈ interior s
h2vww : x + (2 • v + w) + w ∈ interior s
h2v : x + 2 • v ∈ interior s
h2w : x + 2 • w ∈ interior s
hvw : x + (v + w) ∈ interior s
⊢ (fun h =>
      f (x + h • (2 • v + 2 • w)) + f (x + h • (v + w)) - f (x + h • (2 • v + w)) - f (x + h • (v + 2 • w)) -
        h ^ 2 • (f'' v) w) =o[𝓝[>] 0]
    fun h => h ^ 2

Tactic:
have h2vw : x + (2 • v + w) ∈ interior s := by
  convert s_conv.interior.add_smul_sub_mem h2v h2v2w B using 1
  module

Result:
E : Type u_1
F : Type u_2
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : NormedSpace ℝ E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : NormedSpace ℝ F
s : Set E
s_conv : Convex ℝ s
f : E → F
f' : E → E →L[ℝ] F
f'' : E →L[ℝ] E →L[ℝ] F
hf : ∀ x ∈ interior s, HasFDerivAt f (f' x) x
x : E
xs : x ∈ s
hx : HasFDerivWithinAt f' f'' (interior s) x
v w : E
h4v : x + 4 • v ∈ interior s
h4w : x + 4 • w ∈ interior s
A : 1 / 2 ∈ Ioc 0 1
B : 1 / 2 ∈ Icc 0 1
h2v2w : x + 2 • v + 2 • w ∈ interior s
h2vww : x + (2 • v + w) + w ∈ interior s
h2v : x + 2 • v ∈ interior s
h2w : x + 2 • w ∈ interior s
hvw : x + (v + w) ∈ interior s
h2vw : x + (2 • v + w) ∈ interior s
⊢ (fun h =>
      f (x + h • (2 • v + 2 • w)) + f (x + h • (v + w)) - f (x + h • (2 • v + w)) - f (x + h • (v + 2 • w)) -
        h ^ 2 • (f'' v) w) =o[𝓝[>] 0]
    fun h => h ^ 2