-- Mathlib/Analysis/Convex/StoneSeparation.lean
theorem exists_convex_convex_compl_subset (hs : Convex 𝕜 s) (ht : Convex 𝕜 t) (hst : Disjoint s t) :
    ∃ C : Set E, Convex 𝕜 C ∧ Convex 𝕜 Cᶜ ∧ s ⊆ C ∧ t ⊆ Cᶜ

Proof state:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
C : Set E
hsC : s ⊆ C
hmax : Maximal (fun x => x ∈ S) C
hC : Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t
⊢ ∃ C, Convex 𝕜 C ∧ Convex 𝕜 Cᶜ ∧ s ⊆ C ∧ t ⊆ Cᶜ

Tactic:
refine
  ⟨C, hC.1, convex_iff_segment_subset.2 fun x hx y hy z hz hzC => ?_, hsC, hC.2.subset_compl_left⟩

Result:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
C : Set E
hsC : s ⊆ C
hmax : Maximal (fun x => x ∈ S) C
hC : Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t
x : E
hx : x ∈ Cᶜ
y : E
hy : y ∈ Cᶜ
z : E
hz : z ∈ segment 𝕜 x y
hzC : z ∈ C
⊢ False

Proof state:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
C : Set E
hsC : s ⊆ C
hmax : Maximal (fun x => x ∈ S) C
hC : Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t
x : E
hx : x ∈ Cᶜ
y : E
hy : y ∈ Cᶜ
z : E
hz : z ∈ segment 𝕜 x y
hzC : z ∈ C
c : E
hc : c ∈ Cᶜ
h : ∀ a ∈ C, segment 𝕜 c a ∩ t = ∅
a : E
ha : a ∈ (convexHull 𝕜) C
⊢ a ∈ C

Tactic:
rwa [← hC.1.convexHull_eq]

Result:
no goals

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
C : Set E
hsC : s ⊆ C
hmax : Maximal (fun x => x ∈ S) C
hC : Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t
x : E
hx : x ∈ Cᶜ
y : E
hy : y ∈ Cᶜ
z : E
hz : z ∈ segment 𝕜 x y
hzC : z ∈ C
c : E
hc : c ∈ Cᶜ
h✝ : ∀ a ∈ C, segment 𝕜 c a ∩ t = ∅
h : Disjoint ((convexHull 𝕜) (insert c C)) t
⊢ False

Tactic:
rw [hmax.eq_of_subset ⟨convex_convexHull _ _, h⟩ <|
  (subset_insert ..).trans <| subset_convexHull ..] at hc

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
C : Set E
hsC : s ⊆ C
hmax : Maximal (fun x => x ∈ S) C
hC : Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t
x : E
hx : x ∈ Cᶜ
y : E
hy : y ∈ Cᶜ
z : E
hz : z ∈ segment 𝕜 x y
hzC : z ∈ C
c : E
hc : c ∈ ((convexHull 𝕜) (insert c C))ᶜ
h✝ : ∀ a ∈ C, segment 𝕜 c a ∩ t = ∅
h : Disjoint ((convexHull 𝕜) (insert c C)) t
⊢ False

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
⊢ ∃ C, Convex 𝕜 C ∧ Convex 𝕜 Cᶜ ∧ s ⊆ C ∧ t ⊆ Cᶜ

Tactic:
let S : Set (Set E) := { C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t }

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
⊢ ∃ C, Convex 𝕜 C ∧ Convex 𝕜 Cᶜ ∧ s ⊆ C ∧ t ⊆ Cᶜ

Proof state:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
C : Set E
hsC : s ⊆ C
hmax : Maximal (fun x => x ∈ S) C
hC : Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t
x : E
hx : x ∈ Cᶜ
y : E
hy : y ∈ Cᶜ
z : E
hz : z ∈ segment 𝕜 x y
hzC : z ∈ C
c : E
hc : c ∈ Cᶜ
h : ∀ a ∈ C, segment 𝕜 c a ∩ t = ∅
⊢ False

Tactic:
suffices h : Disjoint (convexHull 𝕜 (insert c C)) t by
  rw [hmax.eq_of_subset ⟨convex_convexHull _ _, h⟩ <|
    (subset_insert ..).trans <| subset_convexHull ..] at hc
  exact hc (subset_convexHull _ _ <| mem_insert _ _)

Result:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
C : Set E
hsC : s ⊆ C
hmax : Maximal (fun x => x ∈ S) C
hC : Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t
x : E
hx : x ∈ Cᶜ
y : E
hy : y ∈ Cᶜ
z : E
hz : z ∈ segment 𝕜 x y
hzC : z ∈ C
c : E
hc : c ∈ Cᶜ
h : ∀ a ∈ C, segment 𝕜 c a ∩ t = ∅
⊢ Disjoint ((convexHull 𝕜) (insert c C)) t

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
C : Set E
hsC : s ⊆ C
hmax : Maximal (fun x => x ∈ S) C
hC : Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t
x : E
hx : x ∈ Cᶜ
y : E
hy : y ∈ Cᶜ
z : E
hz : z ∈ segment 𝕜 x y
hzC : z ∈ C
h : ∀ c ∈ Cᶜ, ∃ a ∈ C, (segment 𝕜 c a ∩ t).Nonempty
p : E
hp : p ∈ C
u : E
hu : u ∈ segment 𝕜 x p
hut : u ∈ t
q : E
hq : q ∈ C
v : E
hv : v ∈ segment 𝕜 y q
hvt : v ∈ t
⊢ {p, q, z} ⊆ C

Tactic:
simp [insert_subset_iff, hp, hq, singleton_subset_iff.2 hzC]

Result:
no goals

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
C : Set E
hsC : s ⊆ C
hmax : Maximal (fun x => x ∈ S) C
hC : Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t
x : E
hx : x ∈ Cᶜ
y : E
hy : y ∈ Cᶜ
z : E
hz : z ∈ segment 𝕜 x y
hzC : z ∈ C
c : E
hc : c ∈ ((convexHull 𝕜) (insert c C))ᶜ
h✝ : ∀ a ∈ C, segment 𝕜 c a ∩ t = ∅
h : Disjoint ((convexHull 𝕜) (insert c C)) t
⊢ False

Tactic:
exact hc (subset_convexHull _ _ <| mem_insert _ _)

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
C : Set E
hsC : s ⊆ C
hmax : Maximal (fun x => x ∈ S) C
hC : Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t
x : E
hx : x ∈ Cᶜ
y : E
hy : y ∈ Cᶜ
z : E
hz : z ∈ segment 𝕜 x y
hzC : z ∈ C
c : E
hc : c ∈ Cᶜ
h : ∀ a ∈ C, segment 𝕜 c a ∩ t = ∅
⊢ Disjoint (⋃ y ∈ (convexHull 𝕜) C, segment 𝕜 c y) t

Tactic:
refine disjoint_iUnion₂_left.2 fun a ha => disjoint_iff_inter_eq_empty.2 (h a ?_)

Result:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
C : Set E
hsC : s ⊆ C
hmax : Maximal (fun x => x ∈ S) C
hC : Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t
x : E
hx : x ∈ Cᶜ
y : E
hy : y ∈ Cᶜ
z : E
hz : z ∈ segment 𝕜 x y
hzC : z ∈ C
c : E
hc : c ∈ Cᶜ
h : ∀ a ∈ C, segment 𝕜 c a ∩ t = ∅
a : E
ha : a ∈ (convexHull 𝕜) C
⊢ a ∈ C

Proof state:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
C : Set E
hsC : s ⊆ C
hmax : Maximal (fun x => x ∈ S) C
hC : Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t
x : E
hx : x ∈ Cᶜ
y : E
hy : y ∈ Cᶜ
z : E
hz : z ∈ segment 𝕜 x y
hzC : z ∈ C
⊢ ∀ c ∈ Cᶜ, ∃ a ∈ C, (segment 𝕜 c a ∩ t).Nonempty

Tactic:
rintro c hc

Result:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
hs : Convex 𝕜 s
ht : Convex 𝕜 t
hst : Disjoint s t
S : Set (Set E) := {C | Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t}
C : Set E
hsC : s ⊆ C
hmax : Maximal (fun x => x ∈ S) C
hC : Convex 𝕜 C ∧ Disjoint C t
x : E
hx : x ∈ Cᶜ
y : E
hy : y ∈ Cᶜ
z : E
hz : z ∈ segment 𝕜 x y
hzC : z ∈ C
c : E
hc : c ∈ Cᶜ
⊢ ∃ a ∈ C, (segment 𝕜 c a ∩ t).Nonempty