-- Mathlib/Analysis/Convex/Hull.lean
theorem Convex.convex_remove_iff_not_mem_convexHull_remove {s : Set E} (hs : Convex 𝕜 s) (x : E) :
    Convex 𝕜 (s \ {x}) ↔ x ∉ convexHull 𝕜 (s \ {x})

Proof state:
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
hx : x ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {x})
⊢ s \ {x} = (convexHull 𝕜) (s \ {x})

Tactic:
exact
  Subset.antisymm (subset_convexHull 𝕜 _) fun y hy =>
    ⟨convexHull_min diff_subset hs hy, by
      rintro (rfl : y = x)
      exact hx hy⟩

Result:
no goals

Proof state:
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
hsx : Convex 𝕜 (s \ {x})
hx : x ∈ (convexHull 𝕜) (s \ {x})
⊢ False

Tactic:
rw [hsx.convexHull_eq] at hx

Result:
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
hsx : Convex 𝕜 (s \ {x})
hx : x ∈ s \ {x}
⊢ False

Proof state:
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
⊢ Convex 𝕜 (s \ {x}) → x ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {x})

Tactic:
rintro hsx hx

Result:
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
hsx : Convex 𝕜 (s \ {x})
hx : x ∈ (convexHull 𝕜) (s \ {x})
⊢ False

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
⊢ Convex 𝕜 (s \ {x}) ↔ x ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {x})

Tactic:
constructor

Result:
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
⊢ Convex 𝕜 (s \ {x}) → x ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {x})

case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
⊢ x ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {x}) → Convex 𝕜 (s \ {x})

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
y : E
hx : y ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {y})
hy : y ∈ (convexHull 𝕜) (s \ {y})
⊢ False

Tactic:
exact hx hy

Result:
no goals

Proof state:
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
⊢ x ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {x}) → Convex 𝕜 (s \ {x})

Tactic:
rintro hx

Result:
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
hx : x ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {x})
⊢ Convex 𝕜 (s \ {x})

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
hx : x ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {x})
h : s \ {x} = (convexHull 𝕜) (s \ {x})
⊢ Convex 𝕜 (s \ {x})

Tactic:
rw [h]

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
hx : x ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {x})
h : s \ {x} = (convexHull 𝕜) (s \ {x})
⊢ Convex 𝕜 ((convexHull 𝕜) (s \ {x}))

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
hx : x ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {x})
h : s \ {x} = (convexHull 𝕜) (s \ {x})
⊢ Convex 𝕜 ((convexHull 𝕜) (s \ {x}))

Tactic:
exact convex_convexHull 𝕜 _

Result:
no goals

Proof state:
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
hsx : Convex 𝕜 (s \ {x})
hx : x ∈ s \ {x}
⊢ False

Tactic:
exact hx.2 (mem_singleton _)

Result:
no goals

Proof state:
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
hx : x ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {x})
⊢ Convex 𝕜 (s \ {x})

Tactic:
suffices h : s \ {x} = convexHull 𝕜 (s \ {x}) by
  rw [h]
  exact convex_convexHull 𝕜 _

Result:
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
hx : x ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {x})
⊢ s \ {x} = (convexHull 𝕜) (s \ {x})

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
x : E
hx : x ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {x})
y : E
hy : y ∈ (convexHull 𝕜) (s \ {x})
⊢ y ∉ {x}

Tactic:
rintro (rfl : y = x)

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : OrderedSemiring 𝕜
inst✝¹ : AddCommMonoid E
inst✝ : Module 𝕜 E
s : Set E
hs : Convex 𝕜 s
y : E
hx : y ∉ (convexHull 𝕜) (s \ {y})
hy : y ∈ (convexHull 𝕜) (s \ {y})
⊢ False