-- Mathlib/Analysis/NormedSpace/Connected.lean
theorem isPathConnected_sphere (h : 1 < Module.rank ℝ E) (x : E) {r : ℝ} (hr : 0 ≤ r) :
    IsPathConnected (sphere x r)

Proof state:
case h₁
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
⊢ f '' {0}ᶜ ⊆ sphere x r

Tactic:
rintro - ⟨y, hy, rfl⟩

Result:
case h₁.intro.intro
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ {0}ᶜ
⊢ f y ∈ sphere x r

Proof state:
case h₂.refine_1
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ sphere x r
⊢ y - x ∈ {0}ᶜ

Tactic:
intro H

Result:
case h₂.refine_1
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ sphere x r
H : y - x ∈ {0}
⊢ False

Proof state:
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
y : E
hy : y ∈ {0}ᶜ
⊢ ContinuousWithinAt f {0}ᶜ y

Tactic:
apply (continuousAt_const.add _).continuousWithinAt

Result:
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
y : E
hy : y ∈ {0}ᶜ
⊢ ContinuousAt (fun x => (r * ‖x‖⁻¹) • x) y

Proof state:
case inr
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
⊢ IsPathConnected (sphere x r)

Tactic:
have B : IsPathConnected ({0}ᶜ : Set E) := isPathConnected_compl_singleton_of_one_lt_rank h 0

Result:
case inr
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
⊢ IsPathConnected (sphere x r)

Proof state:
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
y : E
hy : y ∈ {0}ᶜ
⊢ ContinuousAt (fun x => (r * ‖x‖⁻¹) • x) y

Tactic:
apply (continuousAt_const.mul (ContinuousAt.inv₀ continuousAt_id.norm ?_)).smul continuousAt_id

Result:
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
y : E
hy : y ∈ {0}ᶜ
⊢ ‖id y‖ ≠ 0

Proof state:
case inr
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
⊢ IsPathConnected (sphere x r)

Tactic:
have C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ) := B.image' A

Result:
case inr
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
⊢ IsPathConnected (sphere x r)

Proof state:
case h₁.intro.intro
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ {0}ᶜ
this : ‖y‖ ≠ 0
⊢ f y ∈ sphere x r

Tactic:
simp [f, norm_smul, abs_of_nonneg hr, mul_assoc, inv_mul_cancel₀ this]

Result:
no goals

Proof state:
case h₁.intro.intro
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ {0}ᶜ
⊢ f y ∈ sphere x r

Tactic:
have : ‖y‖ ≠ 0 := by simpa using hy

Result:
case h₁.intro.intro
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ {0}ᶜ
this : ‖y‖ ≠ 0
⊢ f y ∈ sphere x r

Proof state:
case inr
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
⊢ IsPathConnected (sphere x r)

Tactic:
have A : ContinuousOn f {0}ᶜ := by
  intro y hy
  apply (continuousAt_const.add _).continuousWithinAt
  apply (continuousAt_const.mul (ContinuousAt.inv₀ continuousAt_id.norm ?_)).smul continuousAt_id
  simpa using hy

Result:
case inr
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
⊢ IsPathConnected (sphere x r)

Proof state:
case h₂.refine_1
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ sphere x r
H : y - x ∈ {0}
⊢ False

Tactic:
simp only [mem_singleton_iff, sub_eq_zero] at H

Result:
case h₂.refine_1
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ sphere x r
H : y = x
⊢ False

Proof state:
case h₂.refine_1
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
H : y = x
hy : 0 = r
⊢ False

Tactic:
exact rpos.ne hy

Result:
no goals

Proof state:
case h₂
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
⊢ sphere x r ⊆ f '' {0}ᶜ

Tactic:
intro y hy

Result:
case h₂
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
A : ContinuousOn f {0}ᶜ
B : IsPathConnected {0}ᶜ
C : IsPathConnected (f '' {0}ᶜ)
y : E
hy : y ∈ sphere x r
⊢ y ∈ f '' {0}ᶜ

Proof state:
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
⊢ ContinuousOn f {0}ᶜ

Tactic:
intro y hy

Result:
E : Type u_1
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
h : 1 < Module.rank ℝ E
x : E
r : ℝ
hr : 0 ≤ r
rpos : 0 < r
f : E → E := fun y => x + (r * ‖y‖⁻¹) • y
y : E
hy : y ∈ {0}ᶜ
⊢ ContinuousWithinAt f {0}ᶜ y