-- 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:
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
⊢ ∑ i : Fin 3, w i = az * av * bu + (bz * au * bv + au * av)

Tactic:
simp [w, Fin.sum_univ_succ, Fin.sum_univ_zero]

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
p q u x y : E
hu : u ∈ segment 𝕜 x p
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
⊢ ∃ x_1 ∈ segment 𝕜 u (av • y + bv • q), x_1 ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}

Tactic:
obtain ⟨au, bu, hau, hbu, habu, rfl⟩ := hu

Result:
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
⊢ ∃ x_1 ∈ segment 𝕜 (au • x + bu • p) (av • y + bv • q), x_1 ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}

Proof state:
case «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
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) ⟨2, ⋯⟩)

Tactic:
exact mul_nonneg hau hav

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
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})

Tactic:
rw [not_disjoint_iff]

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
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
⊢ ∃ x ∈ segment 𝕜 u v, x ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, z}

Proof state:
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
⊢ ∑ i : Fin 3, w i = az * av + bz * au

Tactic:
trans az * av * bu + (bz * au * bv + au * av)

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
⊢ ∑ i : Fin 3, w i = az * av * bu + (bz * au * bv + au * av)

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
⊢ az * av * bu + (bz * au * bv + au * av) = az * av + bz * au

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
p q u x y : E
hu : u ∈ segment 𝕜 x p
az bz : 𝕜
haz : 0 ≤ az
hbz : 0 ≤ bz
habz : az + bz = 1
haz' : 0 < az
bv : 𝕜
hbv : 0 ≤ bv
hav : 0 ≤ 0
habv : bv = 1
⊢ ∃ x_1 ∈ segment 𝕜 u q, x_1 ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}

Tactic:
exact ⟨q, right_mem_segment _ _ _, subset_convexHull _ _ <| by simp⟩

Result:
no goals

Proof state:
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)

Tactic:
positivity

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
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
⊢ ∃ x ∈ segment 𝕜 u v, x ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, z}

Tactic:
obtain ⟨az, bz, haz, hbz, habz, rfl⟩ := hz

Result:
case 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 u v x y : E
hu : u ∈ segment 𝕜 x p
hv : v ∈ segment 𝕜 y q
az bz : 𝕜
haz : 0 ≤ az
hbz : 0 ≤ bz
habz : az + bz = 1
⊢ ∃ x_1 ∈ segment 𝕜 u v, x_1 ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}

Proof state:
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
i : Fin 3
⊢ z i ∈ {p, q, az • x + bz • y}

Tactic:
fin_cases i <;> simp [z]

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
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}
⊢ 0 < ∑ i : Fin 3, w i

Tactic:
rwa [hw]

Result:
no goals