-- Mathlib/LinearAlgebra/AffineSpace/Combination.lean
theorem mem_vectorSpan_iff_eq_weightedVSub {v : V} {p : ι → P} :
    v ∈ vectorSpan k (Set.range p) ↔
      ∃ (s : Finset ι) (w : ι → k), ∑ i ∈ s, w i = 0 ∧ v = s.weightedVSub p w

Proof state:
case mp.inl
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
hι : IsEmpty ι
⊢ v ∈ vectorSpan k (Set.range p) → ∃ s w, ∑ i ∈ s, w i = 0 ∧ v = (s.weightedVSub p) w

case mp.inr.intro
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
i0 : ι
⊢ v ∈ vectorSpan k (Set.range p) → ∃ s w, ∑ i ∈ s, w i = 0 ∧ v = (s.weightedVSub p) w

Tactic:
swap

Result:
case mp.inr.intro
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
i0 : ι
⊢ v ∈ vectorSpan k (Set.range p) → ∃ s w, ∑ i ∈ s, w i = 0 ∧ v = (s.weightedVSub p) w

case mp.inl
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
hι : IsEmpty ι
⊢ v ∈ vectorSpan k (Set.range p) → ∃ s w, ∑ i ∈ s, w i = 0 ∧ v = (s.weightedVSub p) w

Proof state:
case mp
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
⊢ v ∈ vectorSpan k (Set.range p) → ∃ s w, ∑ i ∈ s, w i = 0 ∧ v = (s.weightedVSub p) w

Tactic:
rcases isEmpty_or_nonempty ι with (hι | ⟨⟨i0⟩⟩)

Result:
case mp.inl
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
hι : IsEmpty ι
⊢ v ∈ vectorSpan k (Set.range p) → ∃ s w, ∑ i ∈ s, w i = 0 ∧ v = (s.weightedVSub p) w

case mp.inr.intro
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
i0 : ι
⊢ v ∈ vectorSpan k (Set.range p) → ∃ s w, ∑ i ∈ s, w i = 0 ∧ v = (s.weightedVSub p) w

Proof state:
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
i0 : ι
l : ι →₀ k
left✝ : l ∈ Finsupp.supported k k Set.univ
hv : (Finsupp.linearCombination k fun i => p i -ᵥ p i0) l = v
w : ι → k := ⇑l - Function.update (Function.const ι 0) i0 (∑ i ∈ l.support, l i)
hwdef : w = ⇑l - Function.update (Function.const ι 0) i0 (∑ i ∈ l.support, l i)
⊢ ∑ i ∈ insert i0 l.support, (⇑l - Function.update (Function.const ι 0) i0 (∑ i ∈ l.support, l i)) i = 0

Tactic:
simp_rw [Pi.sub_apply, Finset.sum_sub_distrib,
  Finset.sum_update_of_mem (Finset.mem_insert_self _ _),
  Finset.sum_insert_of_eq_zero_if_not_mem Finsupp.not_mem_support_iff.1]

Result:
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
i0 : ι
l : ι →₀ k
left✝ : l ∈ Finsupp.supported k k Set.univ
hv : (Finsupp.linearCombination k fun i => p i -ᵥ p i0) l = v
w : ι → k := ⇑l - Function.update (Function.const ι 0) i0 (∑ i ∈ l.support, l i)
hwdef : w = ⇑l - Function.update (Function.const ι 0) i0 (∑ i ∈ l.support, l i)
⊢ ∑ x ∈ l.support, l x - (∑ i ∈ l.support, l i + ∑ x ∈ insert i0 l.support \ {i0}, Function.const ι 0 x) = 0

Proof state:
case right
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
i0 : ι
l : ι →₀ k
left✝ : l ∈ Finsupp.supported k k Set.univ
hv : (Finsupp.linearCombination k fun i => p i -ᵥ p i0) l = v
w : ι → k := ⇑l - Function.update (Function.const ι 0) i0 (∑ i ∈ l.support, l i)
hwdef : w = ⇑l - Function.update (Function.const ι 0) i0 (∑ i ∈ l.support, l i)
hw : ∑ i ∈ insert i0 l.support, w i = 0
⊢ v = ((insert i0 l.support).weightedVSub p) w

Tactic:
have hz : w i0 • (p i0 -ᵥ p i0 : V) = 0 := (vsub_self (p i0)).symm ▸ smul_zero _

Result:
case right
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
i0 : ι
l : ι →₀ k
left✝ : l ∈ Finsupp.supported k k Set.univ
hv : (Finsupp.linearCombination k fun i => p i -ᵥ p i0) l = v
w : ι → k := ⇑l - Function.update (Function.const ι 0) i0 (∑ i ∈ l.support, l i)
hwdef : w = ⇑l - Function.update (Function.const ι 0) i0 (∑ i ∈ l.support, l i)
hw : ∑ i ∈ insert i0 l.support, w i = 0
hz : w i0 • (p i0 -ᵥ p i0) = 0
⊢ v = ((insert i0 l.support).weightedVSub p) w

Proof state:
case mp.inr.intro
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
i0 : ι
⊢ v ∈ vectorSpan k (Set.range p) → ∃ s w, ∑ i ∈ s, w i = 0 ∧ v = (s.weightedVSub p) w

Tactic:
rw [vectorSpan_range_eq_span_range_vsub_right k p i0, ← Set.image_univ,
  Finsupp.mem_span_image_iff_linearCombination]

Result:
case mp.inr.intro
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
i0 : ι
⊢ (∃ l ∈ Finsupp.supported k k Set.univ, (Finsupp.linearCombination k fun i => p i -ᵥ p i0) l = v) →
    ∃ s w, ∑ i ∈ s, w i = 0 ∧ v = (s.weightedVSub p) w

Proof state:
case mp.inl
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
hι : IsEmpty ι
⊢ v = 0 → ∃ s w, ∑ i ∈ s, w i = 0 ∧ v = (s.weightedVSub p) w

Tactic:
rintro rfl

Result:
case mp.inl
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
p : ι → P
hι : IsEmpty ι
⊢ ∃ s w, ∑ i ∈ s, w i = 0 ∧ 0 = (s.weightedVSub p) w

Proof state:
case mp.inr.intro.intro.intro
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
i0 : ι
l : ι →₀ k
left✝ : l ∈ Finsupp.supported k k Set.univ
hv : (Finsupp.linearCombination k fun i => p i -ᵥ p i0) l = v
⊢ ∃ s w, ∑ i ∈ s, w i = 0 ∧ v = (s.weightedVSub p) w

Tactic:
use insert i0 l.support

Result:
case h
ι : Type u_1
k : Type u_2
V : Type u_3
P : Type u_4
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
v : V
p : ι → P
i0 : ι
l : ι →₀ k
left✝ : l ∈ Finsupp.supported k k Set.univ
hv : (Finsupp.linearCombination k fun i => p i -ᵥ p i0) l = v
⊢ ∃ w, ∑ i ∈ insert i0 l.support, w i = 0 ∧ v = ((insert i0 l.support).weightedVSub p) w