-- Mathlib/Geometry/Euclidean/Circumcenter.lean
theorem existsUnique_dist_eq_of_insert {s : AffineSubspace ℝ P}
    [HasOrthogonalProjection s.direction] {ps : Set P} (hnps : ps.Nonempty) {p : P} (hps : ps ⊆ s)
    (hp : p ∉ s) (hu : ∃! cs : Sphere P, cs.center ∈ s ∧ ps ⊆ (cs : Set P)) :
    ∃! cs₂ : Sphere P,
      cs₂.center ∈ affineSpan ℝ (insert p (s : Set P)) ∧ insert p ps ⊆ (cs₂ : Set P)

Proof state:
case h.right.mk.intro.intro.intro.intro.intro.refl
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup V
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ V
inst✝² : MetricSpace P
inst✝¹ : NormedAddTorsor V P
s : AffineSubspace ℝ P
inst✝ : HasOrthogonalProjection s.direction
ps : Set P
hnps : ps.Nonempty
p : P
hps : ps ⊆ ↑s
hp : p ∉ s
this : Nonempty ↥s
cc : P
cr : ℝ
hcccru : ∀ (y : Sphere P), y.center ∈ s ∧ ps ⊆ Metric.sphere y.center y.radius → y = { center := cc, radius := cr }
hcc : cc ∈ s
hcr : ps ⊆ Metric.sphere cc cr
x : ℝ := dist cc ↑((orthogonalProjection s) p)
y : ℝ := dist p ↑((orthogonalProjection s) p)
hy0 : y ≠ 0
ycc₂ : ℝ := (x * x + y * y - cr * cr) / (2 * y)
cc₂ : P := (ycc₂ / y) • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ cc
cr₂ : ℝ := √(cr * cr + ycc₂ * ycc₂)
hpo : p = 1 • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)
cc₃ : P
cr₃ : ℝ
hcc₃ : cc₃ ∈ affineSpan ℝ (insert p ↑s)
hcr₃ : insert p ps ⊆ Metric.sphere cc₃ cr₃
t₃ : ℝ
hcc₃' : cc ∈ s
hcc₃'' : cc₃ = t₃ • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ cc
hcr₃' : ∀ p₁ ∈ ps, dist p₁ ↑⟨cc, hcc₃'⟩ = cr
hcr₃val : cr₃ = √(cr * cr + t₃ * y * (t₃ * y))
⊢ { center := cc₃, radius := cr₃ } = { center := cc₂, radius := cr₂ }

Tactic:
replace hcr₃ := dist_of_mem_subset_mk_sphere (Set.mem_insert _ _) hcr₃

Result:
case h.right.mk.intro.intro.intro.intro.intro.refl
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup V
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ V
inst✝² : MetricSpace P
inst✝¹ : NormedAddTorsor V P
s : AffineSubspace ℝ P
inst✝ : HasOrthogonalProjection s.direction
ps : Set P
hnps : ps.Nonempty
p : P
hps : ps ⊆ ↑s
hp : p ∉ s
this : Nonempty ↥s
cc : P
cr : ℝ
hcccru : ∀ (y : Sphere P), y.center ∈ s ∧ ps ⊆ Metric.sphere y.center y.radius → y = { center := cc, radius := cr }
hcc : cc ∈ s
hcr : ps ⊆ Metric.sphere cc cr
x : ℝ := dist cc ↑((orthogonalProjection s) p)
y : ℝ := dist p ↑((orthogonalProjection s) p)
hy0 : y ≠ 0
ycc₂ : ℝ := (x * x + y * y - cr * cr) / (2 * y)
cc₂ : P := (ycc₂ / y) • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ cc
cr₂ : ℝ := √(cr * cr + ycc₂ * ycc₂)
hpo : p = 1 • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)
cc₃ : P
cr₃ : ℝ
hcc₃ : cc₃ ∈ affineSpan ℝ (insert p ↑s)
t₃ : ℝ
hcc₃' : cc ∈ s
hcc₃'' : cc₃ = t₃ • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ cc
hcr₃' : ∀ p₁ ∈ ps, dist p₁ ↑⟨cc, hcc₃'⟩ = cr
hcr₃val : cr₃ = √(cr * cr + t₃ * y * (t₃ * y))
hcr₃ : dist p cc₃ = cr₃
⊢ { center := cc₃, radius := cr₃ } = { center := cc₂, radius := cr₂ }

Proof state:
case intro.mk.intro.intro
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup V
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ V
inst✝² : MetricSpace P
inst✝¹ : NormedAddTorsor V P
s : AffineSubspace ℝ P
inst✝ : HasOrthogonalProjection s.direction
ps : Set P
hnps : ps.Nonempty
p : P
hps : ps ⊆ ↑s
hp : p ∉ s
this : Nonempty ↥s
cc : P
cr : ℝ
hcccru :
  ∀ (y : Sphere P),
    (fun cs => cs.center ∈ s ∧ ps ⊆ Metric.sphere cs.center cs.radius) y → y = { center := cc, radius := cr }
hcc : { center := cc, radius := cr }.center ∈ s
hcr : ps ⊆ Metric.sphere { center := cc, radius := cr }.center { center := cc, radius := cr }.radius
⊢ ∃! cs₂, cs₂.center ∈ affineSpan ℝ (insert p ↑s) ∧ insert p ps ⊆ Metric.sphere cs₂.center cs₂.radius

Tactic:
simp only at hcc hcr hcccru

Result:
case intro.mk.intro.intro
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup V
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ V
inst✝² : MetricSpace P
inst✝¹ : NormedAddTorsor V P
s : AffineSubspace ℝ P
inst✝ : HasOrthogonalProjection s.direction
ps : Set P
hnps : ps.Nonempty
p : P
hps : ps ⊆ ↑s
hp : p ∉ s
this : Nonempty ↥s
cc : P
cr : ℝ
hcccru : ∀ (y : Sphere P), y.center ∈ s ∧ ps ⊆ Metric.sphere y.center y.radius → y = { center := cc, radius := cr }
hcc : cc ∈ s
hcr : ps ⊆ Metric.sphere cc cr
⊢ ∃! cs₂, cs₂.center ∈ affineSpan ℝ (insert p ↑s) ∧ insert p ps ⊆ Metric.sphere cs₂.center cs₂.radius

Proof state:
case h
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup V
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ V
inst✝² : MetricSpace P
inst✝¹ : NormedAddTorsor V P
s : AffineSubspace ℝ P
inst✝ : HasOrthogonalProjection s.direction
ps : Set P
hnps : ps.Nonempty
p : P
hps : ps ⊆ ↑s
hp : p ∉ s
this : Nonempty ↥s
cc : P
cr : ℝ
hcccru : ∀ (y : Sphere P), y.center ∈ s ∧ ps ⊆ Metric.sphere y.center y.radius → y = { center := cc, radius := cr }
hcc : cc ∈ s
hcr : ps ⊆ Metric.sphere cc cr
x : ℝ := dist cc ↑((orthogonalProjection s) p)
y : ℝ := dist p ↑((orthogonalProjection s) p)
hy0 : y ≠ 0
ycc₂ : ℝ := (x * x + y * y - cr * cr) / (2 * y)
cc₂ : P := (ycc₂ / y) • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ cc
cr₂ : ℝ := √(cr * cr + ycc₂ * ycc₂)
⊢ ({ center := cc₂, radius := cr₂ }.center ∈ affineSpan ℝ (insert p ↑s) ∧
      insert p ps ⊆ Metric.sphere { center := cc₂, radius := cr₂ }.center { center := cc₂, radius := cr₂ }.radius) ∧
    ∀ (y : Sphere P),
      y.center ∈ affineSpan ℝ (insert p ↑s) ∧ insert p ps ⊆ Metric.sphere y.center y.radius →
        y = { center := cc₂, radius := cr₂ }

Tactic:
have hpo : p = (1 : ℝ) • (p -ᵥ orthogonalProjection s p : V) +ᵥ (orthogonalProjection s p : P) :=
  by simp

Result:
case h
V : Type u_1
P : Type u_2
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup V
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ V
inst✝² : MetricSpace P
inst✝¹ : NormedAddTorsor V P
s : AffineSubspace ℝ P
inst✝ : HasOrthogonalProjection s.direction
ps : Set P
hnps : ps.Nonempty
p : P
hps : ps ⊆ ↑s
hp : p ∉ s
this : Nonempty ↥s
cc : P
cr : ℝ
hcccru : ∀ (y : Sphere P), y.center ∈ s ∧ ps ⊆ Metric.sphere y.center y.radius → y = { center := cc, radius := cr }
hcc : cc ∈ s
hcr : ps ⊆ Metric.sphere cc cr
x : ℝ := dist cc ↑((orthogonalProjection s) p)
y : ℝ := dist p ↑((orthogonalProjection s) p)
hy0 : y ≠ 0
ycc₂ : ℝ := (x * x + y * y - cr * cr) / (2 * y)
cc₂ : P := (ycc₂ / y) • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ cc
cr₂ : ℝ := √(cr * cr + ycc₂ * ycc₂)
hpo : p = 1 • (p -ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)) +ᵥ ↑((orthogonalProjection s) p)
⊢ ({ center := cc₂, radius := cr₂ }.center ∈ affineSpan ℝ (insert p ↑s) ∧
      insert p ps ⊆ Metric.sphere { center := cc₂, radius := cr₂ }.center { center := cc₂, radius := cr₂ }.radius) ∧
    ∀ (y : Sphere P),
      y.center ∈ affineSpan ℝ (insert p ↑s) ∧ insert p ps ⊆ Metric.sphere y.center y.radius →
        y = { center := cc₂, radius := cr₂ }