-- Mathlib/Geometry/Euclidean/MongePoint.lean
theorem altitude_replace_orthocenter_eq_affineSpan {t₁ t₂ : Triangle ℝ P}
    {i₁ i₂ i₃ j₁ j₂ j₃ : Fin 3} (hi₁₂ : i₁ ≠ i₂) (hi₁₃ : i₁ ≠ i₃) (hi₂₃ : i₂ ≠ i₃) (hj₁₂ : j₁ ≠ j₂)
    (hj₁₃ : j₁ ≠ j₃) (hj₂₃ : j₂ ≠ j₃) (h₁ : t₂.points j₁ = t₁.orthocenter)
    (h₂ : t₂.points j₂ = t₁.points i₂) (h₃ : t₂.points j₃ = t₁.points i₃) :
    t₂.altitude j₂ = line[ℝ, t₁.points i₁, t₁.points i₂]

Proof state:
case refine_1
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
t₁ t₂ : Triangle ℝ P
i₁ i₂ i₃ j₁ j₂ j₃ : Fin 3
hi₁₂ : i₁ ≠ i₂
hi₁₃ : i₁ ≠ i₃
hi₂₃ : i₂ ≠ i₃
hj₁₂ : j₁ ≠ j₂
hj₁₃ : j₁ ≠ j₃
hj₂₃ : j₂ ≠ j₃
h₁ : t₂.points j₁ = t₁.orthocenter
h₂ : t₂.points j₂ = t₁.points i₂
h₃ : t₂.points j₃ = t₁.points i₃
hu : univ = {j₁, j₂, j₃}
⊢ t₁.orthocenter ∈ ↑(affineSpan ℝ (Set.range t₁.points)) ∧
    t₁.points i₂ ∈ ↑(affineSpan ℝ (Set.range t₁.points)) ∧ t₁.points i₃ ∈ ↑(affineSpan ℝ (Set.range t₁.points))

Tactic:
exact
  ⟨t₁.orthocenter_mem_affineSpan, mem_affineSpan ℝ (Set.mem_range_self _),
    mem_affineSpan ℝ (Set.mem_range_self _)⟩

Result:
no goals

Proof state:
case refine_1
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
t₁ t₂ : Triangle ℝ P
i₁ i₂ i₃ j₁ j₂ j₃ : Fin 3
hi₁₂ : i₁ ≠ i₂
hi₁₃ : i₁ ≠ i₃
hi₂₃ : i₂ ≠ i₃
hj₁₂ : j₁ ≠ j₂
hj₁₃ : j₁ ≠ j₃
hj₂₃ : j₂ ≠ j₃
h₁ : t₂.points j₁ = t₁.orthocenter
h₂ : t₂.points j₂ = t₁.points i₂
h₃ : t₂.points j₃ = t₁.points i₃
hu : univ = {j₁, j₂, j₃}
⊢ Set.range t₂.points ⊆ ↑(affineSpan ℝ (Set.range t₁.points))

Tactic:
rw [← Set.image_univ, ← Finset.coe_univ, hu, Finset.coe_insert, Finset.coe_insert,
  Finset.coe_singleton, Set.image_insert_eq, Set.image_insert_eq, Set.image_singleton, h₁, h₂,
  h₃, Set.insert_subset_iff, Set.insert_subset_iff, Set.singleton_subset_iff]

Result:
case refine_1
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
t₁ t₂ : Triangle ℝ P
i₁ i₂ i₃ j₁ j₂ j₃ : Fin 3
hi₁₂ : i₁ ≠ i₂
hi₁₃ : i₁ ≠ i₃
hi₂₃ : i₂ ≠ i₃
hj₁₂ : j₁ ≠ j₂
hj₁₃ : j₁ ≠ j₃
hj₂₃ : j₂ ≠ j₃
h₁ : t₂.points j₁ = t₁.orthocenter
h₂ : t₂.points j₂ = t₁.points i₂
h₃ : t₂.points j₃ = t₁.points i₃
hu : univ = {j₁, j₂, j₃}
⊢ t₁.orthocenter ∈ ↑(affineSpan ℝ (Set.range t₁.points)) ∧
    t₁.points i₂ ∈ ↑(affineSpan ℝ (Set.range t₁.points)) ∧ t₁.points i₃ ∈ ↑(affineSpan ℝ (Set.range t₁.points))

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
t₁ t₂ : Triangle ℝ P
i₁ i₂ i₃ j₁ j₂ j₃ : Fin 3
hi₁₂ : i₁ ≠ i₂
hi₁₃ : i₁ ≠ i₃
hi₂₃ : i₂ ≠ i₃
hj₁₂ : j₁ ≠ j₂
hj₁₃ : j₁ ≠ j₃
hj₂₃ : j₂ ≠ j₃
h₁ : t₂.points j₁ = t₁.orthocenter
h₂ : t₂.points j₂ = t₁.points i₂
h₃ : t₂.points j₃ = t₁.points i₃
⊢ altitude t₂ j₂ = affineSpan ℝ {t₁.points i₁, t₁.points i₂}

Tactic:
symm

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
t₁ t₂ : Triangle ℝ P
i₁ i₂ i₃ j₁ j₂ j₃ : Fin 3
hi₁₂ : i₁ ≠ i₂
hi₁₃ : i₁ ≠ i₃
hi₂₃ : i₂ ≠ i₃
hj₁₂ : j₁ ≠ j₂
hj₁₃ : j₁ ≠ j₃
hj₂₃ : j₂ ≠ j₃
h₁ : t₂.points j₁ = t₁.orthocenter
h₂ : t₂.points j₂ = t₁.points i₂
h₃ : t₂.points j₃ = t₁.points i₃
⊢ affineSpan ℝ {t₁.points i₁, t₁.points i₂} = altitude t₂ j₂

Proof state:
case refine_2
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
t₁ t₂ : Triangle ℝ P
i₁ i₂ i₃ j₁ j₂ j₃ : Fin 3
hi₁₂ : i₁ ≠ i₂
hi₁₃ : i₁ ≠ i₃
hi₂₃ : i₂ ≠ i₃
hj₁₂ : j₁ ≠ j₂
hj₁₃ : j₁ ≠ j₃
hj₂₃ : j₂ ≠ j₃
h₁ : t₂.points j₁ = t₁.orthocenter
h₂ : t₂.points j₂ = t₁.points i₂
h₃ : t₂.points j₃ = t₁.points i₃
⊢ finrank ℝ ↥(affineSpan ℝ (Set.range t₂.points)).direction = finrank ℝ ↥(affineSpan ℝ (Set.range t₁.points)).direction

Tactic:
rw [direction_affineSpan, direction_affineSpan,
  t₁.independent.finrank_vectorSpan (Fintype.card_fin _),
  t₂.independent.finrank_vectorSpan (Fintype.card_fin _)]

Result:
no goals

Proof state:
case refine_1
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
t₁ t₂ : Triangle ℝ P
i₁ i₂ i₃ j₁ j₂ j₃ : Fin 3
hi₁₂ : i₁ ≠ i₂
hi₁₃ : i₁ ≠ i₃
hi₂₃ : i₂ ≠ i₃
hj₁₂ : j₁ ≠ j₂
hj₁₃ : j₁ ≠ j₃
hj₂₃ : j₂ ≠ j₃
h₁ : t₂.points j₁ = t₁.orthocenter
h₂ : t₂.points j₂ = t₁.points i₂
h₃ : t₂.points j₃ = t₁.points i₃
⊢ Set.range t₂.points ⊆ ↑(affineSpan ℝ (Set.range t₁.points))

Tactic:
have hu : (Finset.univ : Finset (Fin 3)) = {j₁, j₂, j₃} := by
  clear h₁ h₂ h₃
  decide +revert

Result:
case refine_1
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
t₁ t₂ : Triangle ℝ P
i₁ i₂ i₃ j₁ j₂ j₃ : Fin 3
hi₁₂ : i₁ ≠ i₂
hi₁₃ : i₁ ≠ i₃
hi₂₃ : i₂ ≠ i₃
hj₁₂ : j₁ ≠ j₂
hj₁₃ : j₁ ≠ j₃
hj₂₃ : j₂ ≠ j₃
h₁ : t₂.points j₁ = t₁.orthocenter
h₂ : t₂.points j₂ = t₁.points i₂
h₃ : t₂.points j₃ = t₁.points i₃
hu : univ = {j₁, j₂, j₃}
⊢ Set.range t₂.points ⊆ ↑(affineSpan ℝ (Set.range t₁.points))