-- Mathlib/Analysis/Convex/StoneSeparation.lean
theorem not_disjoint_segment_convexHull_triple {p q u v x y z : E} (hz : z ∈ segment 𝕜 x y)
    (hu : u ∈ segment 𝕜 x p) (hv : v ∈ segment 𝕜 y q) :
    ¬Disjoint (segment 𝕜 u v) (convexHull 𝕜 {p, q, z})

Proof state:
case h.e'_5
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
p q x y : E
az bz : 𝕜
haz : 0 ≤ az
hbz : 0 ≤ bz
habz : az + bz = 1
haz' : 0 < az
av bv : 𝕜
hav : 0 ≤ av
hbv : 0 ≤ bv
habv : av + bv = 1
hav' : 0 < av
au bu : 𝕜
hau : 0 ≤ au
hbu : 0 ≤ bu
habu : au + bu = 1
hab : 0 < az * av + bz * au
w : Fin 3 → 𝕜 := ![az * av * bu, bz * au * bv, au * av]
z : Fin 3 → E := ![p, q, az • x + bz • y]
hw₀ : ∀ (i : Fin 3), 0 ≤ w i
hw : ∑ i : Fin 3, w i = az * av + bz * au
hz : ∀ (i : Fin 3), z i ∈ {p, q, az • x + bz • y}
⊢ (az * av / (az * av + bz * au)) • (au • x + bu • p) + (bz * au / (az * av + bz * au)) • (av • y + bv • q) =
    (az * av + bz * au)⁻¹ • ∑ i : Fin 3, w i • z i

Tactic:
trans (az * av + bz * au)⁻¹ •
  ((az * av * bu) • p + ((bz * au * bv) • q + (au * av) • (az • x + bz • y)))

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
p q x y : E
az bz : 𝕜
haz : 0 ≤ az
hbz : 0 ≤ bz
habz : az + bz = 1
haz' : 0 < az
av bv : 𝕜
hav : 0 ≤ av
hbv : 0 ≤ bv
habv : av + bv = 1
hav' : 0 < av
au bu : 𝕜
hau : 0 ≤ au
hbu : 0 ≤ bu
habu : au + bu = 1
hab : 0 < az * av + bz * au
w : Fin 3 → 𝕜 := ![az * av * bu, bz * au * bv, au * av]
z : Fin 3 → E := ![p, q, az • x + bz • y]
hw₀ : ∀ (i : Fin 3), 0 ≤ w i
hw : ∑ i : Fin 3, w i = az * av + bz * au
hz : ∀ (i : Fin 3), z i ∈ {p, q, az • x + bz • y}
⊢ (az * av / (az * av + bz * au)) • (au • x + bu • p) + (bz * au / (az * av + bz * au)) • (av • y + bv • q) =
    (az * av + bz * au)⁻¹ • ((az * av * bu) • p + ((bz * au * bv) • q + (au * av) • (az • x + bz • y)))

𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
p q x y : E
az bz : 𝕜
haz : 0 ≤ az
hbz : 0 ≤ bz
habz : az + bz = 1
haz' : 0 < az
av bv : 𝕜
hav : 0 ≤ av
hbv : 0 ≤ bv
habv : av + bv = 1
hav' : 0 < av
au bu : 𝕜
hau : 0 ≤ au
hbu : 0 ≤ bu
habu : au + bu = 1
hab : 0 < az * av + bz * au
w : Fin 3 → 𝕜 := ![az * av * bu, bz * au * bv, au * av]
z : Fin 3 → E := ![p, q, az • x + bz • y]
hw₀ : ∀ (i : Fin 3), 0 ≤ w i
hw : ∑ i : Fin 3, w i = az * av + bz * au
hz : ∀ (i : Fin 3), z i ∈ {p, q, az • x + bz • y}
⊢ (az * av + bz * au)⁻¹ • ((az * av * bu) • p + ((bz * au * bv) • q + (au * av) • (az • x + bz • y))) =
    (az * av + bz * au)⁻¹ • ∑ i : Fin 3, w i • z i

Proof state:
case h.e'_5
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
p q x y : E
az bz : 𝕜
haz : 0 ≤ az
hbz : 0 ≤ bz
habz : az + bz = 1
haz' : 0 < az
av bv : 𝕜
hav : 0 ≤ av
hbv : 0 ≤ bv
habv : av + bv = 1
hav' : 0 < av
au bu : 𝕜
hau : 0 ≤ au
hbu : 0 ≤ bu
habu : au + bu = 1
hab : 0 < az * av + bz * au
w : Fin 3 → 𝕜 := ![az * av * bu, bz * au * bv, au * av]
z : Fin 3 → E := ![p, q, az • x + bz • y]
hw₀ : ∀ (i : Fin 3), 0 ≤ w i
hw : ∑ i : Fin 3, w i = az * av + bz * au
hz : ∀ (i : Fin 3), z i ∈ {p, q, az • x + bz • y}
⊢ (az * av / (az * av + bz * au)) • (au • x + bu • p) + (bz * au / (az * av + bz * au)) • (av • y + bv • q) =
    Finset.univ.centerMass w z

Tactic:
rw [Finset.centerMass, hw]

Result:
case h.e'_5
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
p q x y : E
az bz : 𝕜
haz : 0 ≤ az
hbz : 0 ≤ bz
habz : az + bz = 1
haz' : 0 < az
av bv : 𝕜
hav : 0 ≤ av
hbv : 0 ≤ bv
habv : av + bv = 1
hav' : 0 < av
au bu : 𝕜
hau : 0 ≤ au
hbu : 0 ≤ bu
habu : au + bu = 1
hab : 0 < az * av + bz * au
w : Fin 3 → 𝕜 := ![az * av * bu, bz * au * bv, au * av]
z : Fin 3 → E := ![p, q, az • x + bz • y]
hw₀ : ∀ (i : Fin 3), 0 ≤ w i
hw : ∑ i : Fin 3, w i = az * av + bz * au
hz : ∀ (i : Fin 3), z i ∈ {p, q, az • x + bz • y}
⊢ (az * av / (az * av + bz * au)) • (au • x + bu • p) + (bz * au / (az * av + bz * au)) • (av • y + bv • q) =
    (az * av + bz * au)⁻¹ • ∑ i : Fin 3, w i • z i

Proof state:
case «0»
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
p q x y : E
az bz : 𝕜
haz : 0 ≤ az
hbz : 0 ≤ bz
habz : az + bz = 1
haz' : 0 < az
av bv : 𝕜
hav : 0 ≤ av
hbv : 0 ≤ bv
habv : av + bv = 1
hav' : 0 < av
au bu : 𝕜
hau : 0 ≤ au
hbu : 0 ≤ bu
habu : au + bu = 1
hab : 0 < az * av + bz * au
w : Fin 3 → 𝕜 := ![az * av * bu, bz * au * bv, au * av]
z : Fin 3 → E := ![p, q, az • x + bz • y]
⊢ 0 ≤ w ((fun i => i) ⟨0, ⋯⟩)

Tactic:
exact mul_nonneg (mul_nonneg haz hav) hbu

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inr.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
p q x y : E
az bz : 𝕜
haz : 0 ≤ az
hbz : 0 ≤ bz
habz : az + bz = 1
haz' : 0 < az
av bv : 𝕜
hav : 0 ≤ av
hbv : 0 ≤ bv
habv : av + bv = 1
hav' : 0 < av
au bu : 𝕜
hau : 0 ≤ au
hbu : 0 ≤ bu
habu : au + bu = 1
hab : 0 < az * av + bz * au
⊢ ∃ x_1 ∈ segment 𝕜 (au • x + bu • p) (av • y + bv • q), x_1 ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}

Tactic:
refine ⟨(az * av / (az * av + bz * au)) • (au • x + bu • p) +
  (bz * au / (az * av + bz * au)) • (av • y + bv • q), ⟨_, _, ?_, ?_, ?_, rfl⟩, ?_⟩

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.refine_1
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
p q x y : E
az bz : 𝕜
haz : 0 ≤ az
hbz : 0 ≤ bz
habz : az + bz = 1
haz' : 0 < az
av bv : 𝕜
hav : 0 ≤ av
hbv : 0 ≤ bv
habv : av + bv = 1
hav' : 0 < av
au bu : 𝕜
hau : 0 ≤ au
hbu : 0 ≤ bu
habu : au + bu = 1
hab : 0 < az * av + bz * au
⊢ 0 ≤ az * av / (az * av + bz * au)

case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.refine_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
p q x y : E
az bz : 𝕜
haz : 0 ≤ az
hbz : 0 ≤ bz
habz : az + bz = 1
haz' : 0 < az
av bv : 𝕜
hav : 0 ≤ av
hbv : 0 ≤ bv
habv : av + bv = 1
hav' : 0 < av
au bu : 𝕜
hau : 0 ≤ au
hbu : 0 ≤ bu
habu : au + bu = 1
hab : 0 < az * av + bz * au
⊢ 0 ≤ bz * au / (az * av + bz * au)

case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.refine_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
p q x y : E
az bz : 𝕜
haz : 0 ≤ az
hbz : 0 ≤ bz
habz : az + bz = 1
haz' : 0 < az
av bv : 𝕜
hav : 0 ≤ av
hbv : 0 ≤ bv
habv : av + bv = 1
hav' : 0 < av
au bu : 𝕜
hau : 0 ≤ au
hbu : 0 ≤ bu
habu : au + bu = 1
hab : 0 < az * av + bz * au
⊢ az * av / (az * av + bz * au) + bz * au / (az * av + bz * au) = 1

case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.refine_4
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
p q x y : E
az bz : 𝕜
haz : 0 ≤ az
hbz : 0 ≤ bz
habz : az + bz = 1
haz' : 0 < az
av bv : 𝕜
hav : 0 ≤ av
hbv : 0 ≤ bv
habv : av + bv = 1
hav' : 0 < av
au bu : 𝕜
hau : 0 ≤ au
hbu : 0 ≤ bu
habu : au + bu = 1
hab : 0 < az * av + bz * au
⊢ (az * av / (az * av + bz * au)) • (au • x + bu • p) + (bz * au / (az * av + bz * au)) • (av • y + bv • q) ∈
    (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}