-- Mathlib/LinearAlgebra/AffineSpace/AffineSubspace/Defs.lean
theorem sup_direction_lt_of_nonempty_of_inter_empty {s₁ s₂ : AffineSubspace k P}
    (h1 : (s₁ : Set P).Nonempty) (h2 : (s₂ : Set P).Nonempty) (he : (s₁ ∩ s₂ : Set P) = ∅) :
    s₁.direction ⊔ s₂.direction < (s₁ ⊔ s₂).direction

Proof state:
case right.intro.intro.intro.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
v₁ : V
hv₁ : v₁ ∈ s₁.direction
v₂ : V
hv₂ : v₂ ∈ s₂.direction
hv₁v₂ : v₁ +ᵥ p₁ = -v₂ +ᵥ p₂
⊢ (↑s₁ ∩ ↑s₂).Nonempty

Tactic:
use v₁ +ᵥ p₁, vadd_mem_of_mem_direction hv₁ hp₁

Result:
case right
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
v₁ : V
hv₁ : v₁ ∈ s₁.direction
v₂ : V
hv₂ : v₂ ∈ s₂.direction
hv₁v₂ : v₁ +ᵥ p₁ = -v₂ +ᵥ p₂
⊢ v₁ +ᵥ p₁ ∈ ↑s₂

Proof state:
case right
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
h : p₂ -ᵥ p₁ ∈ s₁.direction ⊔ s₂.direction
⊢ False

Tactic:
rw [Submodule.mem_sup] at h

Result:
case right
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
h : ∃ y ∈ s₁.direction, ∃ z ∈ s₂.direction, y + z = p₂ -ᵥ p₁
⊢ False

Proof state:
case right
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
v₁ : V
hv₁ : v₁ ∈ s₁.direction
v₂ : V
hv₂ : v₂ ∈ s₂.direction
hv₁v₂ : v₁ +ᵥ p₁ = -v₂ +ᵥ p₂
⊢ -v₂ +ᵥ p₂ ∈ ↑s₂

Tactic:
exact vadd_mem_of_mem_direction (Submodule.neg_mem _ hv₂) hp₂

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
⊢ s₁.direction ⊔ s₂.direction ≤ (s₁ ⊔ s₂).direction ∧ ∃ x ∈ (s₁ ⊔ s₂).direction, x ∉ s₁.direction ⊔ s₂.direction

Tactic:
use sup_direction_le s₁ s₂, p₂ -ᵥ p₁,
  vsub_mem_direction ((le_sup_right : s₂ ≤ s₁ ⊔ s₂) hp₂) ((le_sup_left : s₁ ≤ s₁ ⊔ s₂) hp₁)

Result:
case right
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
⊢ p₂ -ᵥ p₁ ∉ s₁.direction ⊔ s₂.direction

Proof state:
case intro.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
⊢ s₁.direction ⊔ s₂.direction < (s₁ ⊔ s₂).direction

Tactic:
rw [SetLike.lt_iff_le_and_exists]

Result:
case intro.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
⊢ s₁.direction ⊔ s₂.direction ≤ (s₁ ⊔ s₂).direction ∧ ∃ x ∈ (s₁ ⊔ s₂).direction, x ∉ s₁.direction ⊔ s₂.direction

Proof state:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
h1 : (↑s₁).Nonempty
h2 : (↑s₂).Nonempty
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
⊢ s₁.direction ⊔ s₂.direction < (s₁ ⊔ s₂).direction

Tactic:
obtain ⟨p₁, hp₁⟩ := h1

Result:
case intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
h2 : (↑s₂).Nonempty
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
⊢ s₁.direction ⊔ s₂.direction < (s₁ ⊔ s₂).direction

Proof state:
case intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
h2 : (↑s₂).Nonempty
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
⊢ s₁.direction ⊔ s₂.direction < (s₁ ⊔ s₂).direction

Tactic:
obtain ⟨p₂, hp₂⟩ := h2

Result:
case intro.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
⊢ s₁.direction ⊔ s₂.direction < (s₁ ⊔ s₂).direction

Proof state:
case right
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
h : ∃ y ∈ s₁.direction, ∃ z ∈ s₂.direction, y + z = p₂ -ᵥ p₁
⊢ False

Tactic:
rcases h with ⟨v₁, hv₁, v₂, hv₂, hv₁v₂⟩

Result:
case right.intro.intro.intro.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
v₁ : V
hv₁ : v₁ ∈ s₁.direction
v₂ : V
hv₂ : v₂ ∈ s₂.direction
hv₁v₂ : v₁ + v₂ = p₂ -ᵥ p₁
⊢ False

Proof state:
case right
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
v₁ : V
hv₁ : v₁ ∈ s₁.direction
v₂ : V
hv₂ : v₂ ∈ s₂.direction
hv₁v₂ : v₁ +ᵥ p₁ = -v₂ +ᵥ p₂
⊢ v₁ +ᵥ p₁ ∈ ↑s₂

Tactic:
rw [hv₁v₂]

Result:
case right
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
v₁ : V
hv₁ : v₁ ∈ s₁.direction
v₂ : V
hv₂ : v₂ ∈ s₂.direction
hv₁v₂ : v₁ +ᵥ p₁ = -v₂ +ᵥ p₂
⊢ -v₂ +ᵥ p₂ ∈ ↑s₂

Proof state:
case right.intro.intro.intro.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
v₁ : V
hv₁ : v₁ ∈ s₁.direction
v₂ : V
hv₂ : v₂ ∈ s₂.direction
hv₁v₂ : v₁ + v₂ = p₂ -ᵥ p₁
⊢ False

Tactic:
rw [← sub_eq_zero, sub_eq_add_neg, neg_vsub_eq_vsub_rev, add_comm v₁, add_assoc, ←
  vadd_vsub_assoc, ← neg_neg v₂, add_comm, ← sub_eq_add_neg, ← vsub_vadd_eq_vsub_sub,
  vsub_eq_zero_iff_eq] at hv₁v₂

Result:
case right.intro.intro.intro.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
v₁ : V
hv₁ : v₁ ∈ s₁.direction
v₂ : V
hv₂ : v₂ ∈ s₂.direction
hv₁v₂ : v₁ +ᵥ p₁ = -v₂ +ᵥ p₂
⊢ False

Proof state:
case right
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
⊢ p₂ -ᵥ p₁ ∉ s₁.direction ⊔ s₂.direction

Tactic:
intro h

Result:
case right
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝² : Ring k
inst✝¹ : AddCommGroup V
inst✝ : Module k V
S : AffineSpace V P
s₁ s₂ : AffineSubspace k P
he : ↑s₁ ∩ ↑s₂ = ∅
p₁ : P
hp₁ : p₁ ∈ ↑s₁
p₂ : P
hp₂ : p₂ ∈ ↑s₂
h : p₂ -ᵥ p₁ ∈ s₁.direction ⊔ s₂.direction
⊢ False