-- Mathlib/LinearAlgebra/AffineSpace/Independent.lean
theorem exists_affineIndependent (s : Set P) :
    ∃ t ⊆ s, affineSpan k t = affineSpan k s ∧ AffineIndependent k ((↑) : t → P)

Proof state:
case inr.intro.intro.intro.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
p : P
hp : p ∈ s
b : Set V
hb₁ : b ⊆ ⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s
hb₂ : Submodule.span k b = Submodule.span k (⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s)
hb₃ : LinearIndependent k Subtype.val
hb₀ : ∀ v ∈ b, v ≠ 0
⊢ ∃ t ⊆ s, affineSpan k t = affineSpan k s ∧ AffineIndependent k Subtype.val

Tactic:
rw [linearIndependent_set_iff_affineIndependent_vadd_union_singleton k hb₀ p] at hb₃

Result:
case inr.intro.intro.intro.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
p : P
hp : p ∈ s
b : Set V
hb₁ : b ⊆ ⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s
hb₂ : Submodule.span k b = Submodule.span k (⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s)
hb₃ : AffineIndependent k fun p_1 => ↑p_1
hb₀ : ∀ v ∈ b, v ≠ 0
⊢ ∃ t ⊆ s, affineSpan k t = affineSpan k s ∧ AffineIndependent k Subtype.val

Proof state:
case inr.intro.intro.intro.intro.refine_2.hd
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
p : P
hp : p ∈ s
b : Set V
hb₁ : b ⊆ ⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s
hb₂ : Submodule.span k b = vectorSpan k s
hb₃ : AffineIndependent k fun p_1 => ↑p_1
hb₀ : ∀ v ∈ b, v ≠ 0
⊢ (affineSpan k ({p} ∪ ⇑(Equiv.vaddConst p) '' b)).direction = (affineSpan k s).direction

Tactic:
have : Submodule.span k b = Submodule.span k (insert 0 b) := by simp

Result:
case inr.intro.intro.intro.intro.refine_2.hd
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
p : P
hp : p ∈ s
b : Set V
hb₁ : b ⊆ ⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s
hb₂ : Submodule.span k b = vectorSpan k s
hb₃ : AffineIndependent k fun p_1 => ↑p_1
hb₀ : ∀ v ∈ b, v ≠ 0
this : Submodule.span k b = Submodule.span k (insert 0 b)
⊢ (affineSpan k ({p} ∪ ⇑(Equiv.vaddConst p) '' b)).direction = (affineSpan k s).direction

Proof state:
case inr.intro.intro.intro.intro.refine_2.hd
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
p : P
hp : p ∈ s
b : Set V
hb₁ : b ⊆ ⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s
hb₂ : Submodule.span k b = vectorSpan k s
hb₃ : AffineIndependent k fun p_1 => ↑p_1
hb₀ : ∀ v ∈ b, v ≠ 0
this : Submodule.span k b = Submodule.span k (insert 0 b)
⊢ Submodule.span k ((fun x => x -ᵥ p) '' insert p ((fun a => a +ᵥ p) '' b)) = Submodule.span k (insert 0 b)

Tactic:
congr

Result:
case inr.intro.intro.intro.intro.refine_2.hd.e_s
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
p : P
hp : p ∈ s
b : Set V
hb₁ : b ⊆ ⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s
hb₂ : Submodule.span k b = vectorSpan k s
hb₃ : AffineIndependent k fun p_1 => ↑p_1
hb₀ : ∀ v ∈ b, v ≠ 0
this : Submodule.span k b = Submodule.span k (insert 0 b)
⊢ (fun x => x -ᵥ p) '' insert p ((fun a => a +ᵥ p) '' b) = insert 0 b

Proof state:
case inr.intro.intro.intro.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
p : P
hp : p ∈ s
b : Set V
hb₁ : b ⊆ ⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s
hb₂ : Submodule.span k b = Submodule.span k (⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s)
hb₃ : AffineIndependent k fun p_1 => ↑p_1
hb₀ : ∀ v ∈ b, v ≠ 0
⊢ ∃ t ⊆ s, affineSpan k t = affineSpan k s ∧ AffineIndependent k Subtype.val

Tactic:
refine ⟨{p} ∪ Equiv.vaddConst p '' b, ?_, ?_, hb₃⟩

Result:
case inr.intro.intro.intro.intro.refine_1
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
p : P
hp : p ∈ s
b : Set V
hb₁ : b ⊆ ⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s
hb₂ : Submodule.span k b = Submodule.span k (⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s)
hb₃ : AffineIndependent k fun p_1 => ↑p_1
hb₀ : ∀ v ∈ b, v ≠ 0
⊢ {p} ∪ ⇑(Equiv.vaddConst p) '' b ⊆ s

case inr.intro.intro.intro.intro.refine_2
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
p : P
hp : p ∈ s
b : Set V
hb₁ : b ⊆ ⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s
hb₂ : Submodule.span k b = Submodule.span k (⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s)
hb₃ : AffineIndependent k fun p_1 => ↑p_1
hb₀ : ∀ v ∈ b, v ≠ 0
⊢ affineSpan k ({p} ∪ ⇑(Equiv.vaddConst p) '' b) = affineSpan k s

Proof state:
case h
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
p : P
hp : p ∈ s
b : Set V
hb₁ : b ⊆ ⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s
hb₂ : Submodule.span k b = vectorSpan k s
hb₃ : AffineIndependent k fun p_1 => ↑p_1
hb₀ : ∀ v ∈ b, v ≠ 0
⊢ p ∈ ↑(affineSpan k ({p} ∪ ⇑(Equiv.vaddConst p) '' b)) ∩ ↑(affineSpan k s)

Tactic:
simp only [Equiv.coe_vaddConst, Set.singleton_union, Set.mem_inter_iff, coe_affineSpan]

Result:
case h
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
p : P
hp : p ∈ s
b : Set V
hb₁ : b ⊆ ⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s
hb₂ : Submodule.span k b = vectorSpan k s
hb₃ : AffineIndependent k fun p_1 => ↑p_1
hb₀ : ∀ v ∈ b, v ≠ 0
⊢ p ∈ spanPoints k (insert p ((fun a => a +ᵥ p) '' b)) ∧ p ∈ spanPoints k s

Proof state:
case inl
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
⊢ ∃ t ⊆ ∅, affineSpan k t = affineSpan k ∅ ∧ AffineIndependent k Subtype.val

Tactic:
exact ⟨∅, Set.empty_subset ∅, rfl, affineIndependent_of_subsingleton k _⟩

Result:
no goals

Proof state:
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
⊢ ∃ t ⊆ s, affineSpan k t = affineSpan k s ∧ AffineIndependent k Subtype.val

Tactic:
rcases s.eq_empty_or_nonempty with (rfl | ⟨p, hp⟩)

Result:
case inl
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
⊢ ∃ t ⊆ ∅, affineSpan k t = affineSpan k ∅ ∧ AffineIndependent k Subtype.val

case inr.intro
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
p : P
hp : p ∈ s
⊢ ∃ t ⊆ s, affineSpan k t = affineSpan k s ∧ AffineIndependent k Subtype.val

Proof state:
case inr.intro.intro.intro.intro.refine_2.hd.e_s
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : DivisionRing k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : Set P
p : P
hp : p ∈ s
b : Set V
hb₁ : b ⊆ ⇑(Equiv.vaddConst p).symm '' s
hb₂ : Submodule.span k b = vectorSpan k s
hb₃ : AffineIndependent k fun p_1 => ↑p_1
hb₀ : ∀ v ∈ b, v ≠ 0
this : Submodule.span k b = Submodule.span k (insert 0 b)
⊢ insert ((Equiv.vaddConst p).symm p) (⇑(Equiv.vaddConst p).symm ∘ ⇑(Equiv.vaddConst p) '' b) = insert 0 b

Tactic:
simp

Result:
no goals