l3lab/ntp-mathlib huggingface dataset:
/-- Composition of affine maps. -/
def comp (f : P2 →ᵃ[k] P3) (g : P1 →ᵃ[k] P2) : P1 →ᵃ[k] P3 where
  toFun := f ∘ g
  linear := f.linear.comp g.linear
  map_vadd' := by
    intro p v
    rw [Function.comp_apply, g.map_vadd, f.map_vadd]
    

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
f : P2 →ᵃ[k] P3
g : P1 →ᵃ[k] P2
p : P1
v : V1
⊢ f.linear (g.linear v) +ᵥ f (g p) = (f.linear ∘ₗ g.linear) v +ᵥ (⇑f ∘ ⇑g) p

Next tactic:
rfl
@[simp]
theorem linear_injective_iff (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    Function.Injective f.linear ↔ Function.Injective f := by
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
f : P1 →ᵃ[k] P2
⊢ Function.Injective ⇑f.linear ↔ Function.Injective ⇑f

Next tactic:
obtain ⟨p⟩ := (inferInstance : Nonempty P1)
@[simp]
theorem linear_injective_iff (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    Function.Injective f.linear ↔ Function.Injective f := by
  obtain ⟨p⟩ := (inferInstance : Nonempty P1)
  

Proof state:
case intro
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
f : P1 →ᵃ[k] P2
p : P1
⊢ Function.Injective ⇑f.linear ↔ Function.Injective ⇑f

Next tactic:
have h : ⇑f.linear = (Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ f ∘ Equiv.vaddConst p := by
    ext v
    simp [f.map_vadd, vadd_vsub_assoc]
@[simp]
theorem linear_injective_iff (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    Function.Injective f.linear ↔ Function.Injective f := by
  obtain ⟨p⟩ := (inferInstance : Nonempty P1)
  have h : ⇑f.linear = (Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ f ∘ Equiv.vaddConst p := by
    

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
f : P1 →ᵃ[k] P2
p : P1
⊢ ⇑f.linear = ⇑(Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ ⇑f ∘ ⇑(Equiv.vaddConst p)

Next tactic:
ext v
@[simp]
theorem linear_injective_iff (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    Function.Injective f.linear ↔ Function.Injective f := by
  obtain ⟨p⟩ := (inferInstance : Nonempty P1)
  have h : ⇑f.linear = (Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ f ∘ Equiv.vaddConst p := by
    ext v
    

Proof state:
case h
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
f : P1 →ᵃ[k] P2
p : P1
v : V1
⊢ f.linear v = (⇑(Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ ⇑f ∘ ⇑(Equiv.vaddConst p)) v

Next tactic:
simp [f.map_vadd, vadd_vsub_assoc]
@[simp]
theorem linear_injective_iff (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    Function.Injective f.linear ↔ Function.Injective f := by
  obtain ⟨p⟩ := (inferInstance : Nonempty P1)
  have h : ⇑f.linear = (Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ f ∘ Equiv.vaddConst p := by
    ext v
    simp [f.map_vadd, vadd_vsub_assoc]
  

Proof state:
case intro
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
f : P1 →ᵃ[k] P2
p : P1
h : ⇑f.linear = ⇑(Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ ⇑f ∘ ⇑(Equiv.vaddConst p)
⊢ Function.Injective ⇑f.linear ↔ Function.Injective ⇑f

Next tactic:
rw [h, Equiv.comp_injective, Equiv.injective_comp]
@[simp]
theorem linear_surjective_iff (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    Function.Surjective f.linear ↔ Function.Surjective f := by
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
f : P1 →ᵃ[k] P2
⊢ Function.Surjective ⇑f.linear ↔ Function.Surjective ⇑f

Next tactic:
obtain ⟨p⟩ := (inferInstance : Nonempty P1)
@[simp]
theorem linear_surjective_iff (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    Function.Surjective f.linear ↔ Function.Surjective f := by
  obtain ⟨p⟩ := (inferInstance : Nonempty P1)
  

Proof state:
case intro
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
f : P1 →ᵃ[k] P2
p : P1
⊢ Function.Surjective ⇑f.linear ↔ Function.Surjective ⇑f

Next tactic:
have h : ⇑f.linear = (Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ f ∘ Equiv.vaddConst p := by
    ext v
    simp [f.map_vadd, vadd_vsub_assoc]
@[simp]
theorem linear_surjective_iff (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    Function.Surjective f.linear ↔ Function.Surjective f := by
  obtain ⟨p⟩ := (inferInstance : Nonempty P1)
  have h : ⇑f.linear = (Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ f ∘ Equiv.vaddConst p := by
    

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
f : P1 →ᵃ[k] P2
p : P1
⊢ ⇑f.linear = ⇑(Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ ⇑f ∘ ⇑(Equiv.vaddConst p)

Next tactic:
ext v
@[simp]
theorem linear_surjective_iff (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    Function.Surjective f.linear ↔ Function.Surjective f := by
  obtain ⟨p⟩ := (inferInstance : Nonempty P1)
  have h : ⇑f.linear = (Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ f ∘ Equiv.vaddConst p := by
    ext v
    

Proof state:
case h
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
f : P1 →ᵃ[k] P2
p : P1
v : V1
⊢ f.linear v = (⇑(Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ ⇑f ∘ ⇑(Equiv.vaddConst p)) v

Next tactic:
simp [f.map_vadd, vadd_vsub_assoc]
@[simp]
theorem linear_surjective_iff (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    Function.Surjective f.linear ↔ Function.Surjective f := by
  obtain ⟨p⟩ := (inferInstance : Nonempty P1)
  have h : ⇑f.linear = (Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ f ∘ Equiv.vaddConst p := by
    ext v
    simp [f.map_vadd, vadd_vsub_assoc]
  

Proof state:
case intro
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
f : P1 →ᵃ[k] P2
p : P1
h : ⇑f.linear = ⇑(Equiv.vaddConst (f p)).symm ∘ ⇑f ∘ ⇑(Equiv.vaddConst p)
⊢ Function.Surjective ⇑f.linear ↔ Function.Surjective ⇑f

Next tactic:
rw [h, Equiv.comp_surjective, Equiv.surjective_comp]
theorem image_vsub_image {s t : Set P1} (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    f '' s -ᵥ f '' t = f.linear '' (s -ᵥ t) := by
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
s t : Set P1
f : P1 →ᵃ[k] P2
⊢ ⇑f '' s -ᵥ ⇑f '' t = ⇑f.linear '' (s -ᵥ t)

Next tactic:
ext v
theorem image_vsub_image {s t : Set P1} (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    f '' s -ᵥ f '' t = f.linear '' (s -ᵥ t) := by
  ext v
  -- porting note: `simp` needs `Set.mem_vsub` to be an expression
  

Proof state:
case h
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
s t : Set P1
f : P1 →ᵃ[k] P2
v : V2
⊢ v ∈ ⇑f '' s -ᵥ ⇑f '' t ↔ v ∈ ⇑f.linear '' (s -ᵥ t)

Next tactic:
simp only [(Set.mem_vsub), Set.mem_image,
    exists_exists_and_eq_and, exists_and_left, ← f.linearMap_vsub]
theorem image_vsub_image {s t : Set P1} (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    f '' s -ᵥ f '' t = f.linear '' (s -ᵥ t) := by
  ext v
  -- porting note: `simp` needs `Set.mem_vsub` to be an expression
  simp only [(Set.mem_vsub), Set.mem_image,
    exists_exists_and_eq_and, exists_and_left, ← f.linearMap_vsub]
  

Proof state:
case h
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
s t : Set P1
f : P1 →ᵃ[k] P2
v : V2
⊢ (∃ a ∈ s, ∃ a_1 ∈ t, f.linear (a -ᵥ a_1) = v) ↔ ∃ x, (∃ x_1 ∈ s, ∃ x_2 ∈ t, x_1 -ᵥ x_2 = x) ∧ f.linear x = v

Next tactic:
constructor
theorem image_vsub_image {s t : Set P1} (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    f '' s -ᵥ f '' t = f.linear '' (s -ᵥ t) := by
  ext v
  -- porting note: `simp` needs `Set.mem_vsub` to be an expression
  simp only [(Set.mem_vsub), Set.mem_image,
    exists_exists_and_eq_and, exists_and_left, ← f.linearMap_vsub]
  constructor
  · 

Proof state:
case h.mp
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
s t : Set P1
f : P1 →ᵃ[k] P2
v : V2
⊢ (∃ a ∈ s, ∃ a_1 ∈ t, f.linear (a -ᵥ a_1) = v) → ∃ x, (∃ x_1 ∈ s, ∃ x_2 ∈ t, x_1 -ᵥ x_2 = x) ∧ f.linear x = v

Next tactic:
rintro ⟨x, hx, y, hy, hv⟩
theorem image_vsub_image {s t : Set P1} (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    f '' s -ᵥ f '' t = f.linear '' (s -ᵥ t) := by
  ext v
  -- porting note: `simp` needs `Set.mem_vsub` to be an expression
  simp only [(Set.mem_vsub), Set.mem_image,
    exists_exists_and_eq_and, exists_and_left, ← f.linearMap_vsub]
  constructor
  · rintro ⟨x, hx, y, hy, hv⟩
    

Proof state:
case h.mp.intro.intro.intro.intro
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
s t : Set P1
f : P1 →ᵃ[k] P2
v : V2
x : P1
hx : x ∈ s
y : P1
hy : y ∈ t
hv : f.linear (x -ᵥ y) = v
⊢ ∃ x, (∃ x_1 ∈ s, ∃ x_2 ∈ t, x_1 -ᵥ x_2 = x) ∧ f.linear x = v

Next tactic:
exact ⟨x -ᵥ y, ⟨x, hx, y, hy, rfl⟩, hv⟩
theorem image_vsub_image {s t : Set P1} (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    f '' s -ᵥ f '' t = f.linear '' (s -ᵥ t) := by
  ext v
  -- porting note: `simp` needs `Set.mem_vsub` to be an expression
  simp only [(Set.mem_vsub), Set.mem_image,
    exists_exists_and_eq_and, exists_and_left, ← f.linearMap_vsub]
  constructor
  · rintro ⟨x, hx, y, hy, hv⟩
    exact ⟨x -ᵥ y, ⟨x, hx, y, hy, rfl⟩, hv⟩
  · 

Proof state:
case h.mpr
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
s t : Set P1
f : P1 →ᵃ[k] P2
v : V2
⊢ (∃ x, (∃ x_1 ∈ s, ∃ x_2 ∈ t, x_1 -ᵥ x_2 = x) ∧ f.linear x = v) → ∃ a ∈ s, ∃ a_1 ∈ t, f.linear (a -ᵥ a_1) = v

Next tactic:
rintro ⟨-, ⟨x, hx, y, hy, rfl⟩, rfl⟩
theorem image_vsub_image {s t : Set P1} (f : P1 →ᵃ[k] P2) :
    f '' s -ᵥ f '' t = f.linear '' (s -ᵥ t) := by
  ext v
  -- porting note: `simp` needs `Set.mem_vsub` to be an expression
  simp only [(Set.mem_vsub), Set.mem_image,
    exists_exists_and_eq_and, exists_and_left, ← f.linearMap_vsub]
  constructor
  · rintro ⟨x, hx, y, hy, hv⟩
    exact ⟨x -ᵥ y, ⟨x, hx, y, hy, rfl⟩, hv⟩
  · rintro ⟨-, ⟨x, hx, y, hy, rfl⟩, rfl⟩
    

Proof state:
case h.mpr.intro.intro.intro.intro.intro.intro
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
s t : Set P1
f : P1 →ᵃ[k] P2
x : P1
hx : x ∈ s
y : P1
hy : y ∈ t
⊢ ∃ a ∈ s, ∃ a_1 ∈ t, f.linear (a -ᵥ a_1) = f.linear (x -ᵥ y)

Next tactic:
exact ⟨x, hx, y, hy, rfl⟩
theorem lineMap_apply_module (p₀ p₁ : V1) (c : k) : lineMap p₀ p₁ c = (1 - c) • p₀ + c • p₁ := by
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
p₀ p₁ : V1
c : k
⊢ (lineMap p₀ p₁) c = (1 - c) • p₀ + c • p₁

Next tactic:
simp [lineMap_apply_module', smul_sub, sub_smul]
theorem lineMap_apply_module (p₀ p₁ : V1) (c : k) : lineMap p₀ p₁ c = (1 - c) • p₀ + c • p₁ := by
  simp [lineMap_apply_module', smul_sub, sub_smul]; 

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
p₀ p₁ : V1
c : k
⊢ c • p₁ - c • p₀ + p₀ = p₀ - c • p₀ + c • p₁

Next tactic:
abel
theorem lineMap_vadd_apply (p : P1) (v : V1) (c : k) : lineMap p (v +ᵥ p) c = c • v +ᵥ p := by
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
p : P1
v : V1
c : k
⊢ (lineMap p (v +ᵥ p)) c = c • v +ᵥ p

Next tactic:
rw [lineMap_apply, vadd_vsub]
theorem lineMap_same_apply (p : P1) (c : k) : lineMap p p c = p := by
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
p : P1
c : k
⊢ (lineMap p p) c = p

Next tactic:
simp [lineMap_apply]
@[simp]
theorem lineMap_apply_zero (p₀ p₁ : P1) : lineMap p₀ p₁ (0 : k) = p₀ := by
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
p₀ p₁ : P1
⊢ (lineMap p₀ p₁) 0 = p₀

Next tactic:
simp [lineMap_apply]
@[simp]
theorem lineMap_apply_one (p₀ p₁ : P1) : lineMap p₀ p₁ (1 : k) = p₁ := by
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
p₀ p₁ : P1
⊢ (lineMap p₀ p₁) 1 = p₁

Next tactic:
simp [lineMap_apply]
@[simp]
theorem lineMap_eq_lineMap_iff [NoZeroSMulDivisors k V1] {p₀ p₁ : P1} {c₁ c₂ : k} :
    lineMap p₀ p₁ c₁ = lineMap p₀ p₁ c₂ ↔ p₀ = p₁ ∨ c₁ = c₂ := by
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹³ : Ring k
inst✝¹² : AddCommGroup V1
inst✝¹¹ : Module k V1
inst✝¹⁰ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁹ : AddCommGroup V2
inst✝⁸ : Module k V2
inst✝⁷ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁶ : AddCommGroup V3
inst✝⁵ : Module k V3
inst✝⁴ : AffineSpace V3 P3
inst✝³ : AddCommGroup V4
inst✝² : Module k V4
inst✝¹ : AffineSpace V4 P4
inst✝ : NoZeroSMulDivisors k V1
p₀ p₁ : P1
c₁ c₂ : k
⊢ (lineMap p₀ p₁) c₁ = (lineMap p₀ p₁) c₂ ↔ p₀ = p₁ ∨ c₁ = c₂

Next tactic:
rw [lineMap_apply, lineMap_apply, ← @vsub_eq_zero_iff_eq V1, vadd_vsub_vadd_cancel_right, ←
    sub_smul, smul_eq_zero, sub_eq_zero, vsub_eq_zero_iff_eq, or_comm, eq_comm]
@[simp]
theorem lineMap_eq_left_iff [NoZeroSMulDivisors k V1] {p₀ p₁ : P1} {c : k} :
    lineMap p₀ p₁ c = p₀ ↔ p₀ = p₁ ∨ c = 0 := by
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹³ : Ring k
inst✝¹² : AddCommGroup V1
inst✝¹¹ : Module k V1
inst✝¹⁰ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁹ : AddCommGroup V2
inst✝⁸ : Module k V2
inst✝⁷ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁶ : AddCommGroup V3
inst✝⁵ : Module k V3
inst✝⁴ : AffineSpace V3 P3
inst✝³ : AddCommGroup V4
inst✝² : Module k V4
inst✝¹ : AffineSpace V4 P4
inst✝ : NoZeroSMulDivisors k V1
p₀ p₁ : P1
c : k
⊢ (lineMap p₀ p₁) c = p₀ ↔ p₀ = p₁ ∨ c = 0

Next tactic:
rw [← @lineMap_eq_lineMap_iff k V1, lineMap_apply_zero]
@[simp]
theorem lineMap_eq_right_iff [NoZeroSMulDivisors k V1] {p₀ p₁ : P1} {c : k} :
    lineMap p₀ p₁ c = p₁ ↔ p₀ = p₁ ∨ c = 1 := by
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹³ : Ring k
inst✝¹² : AddCommGroup V1
inst✝¹¹ : Module k V1
inst✝¹⁰ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁹ : AddCommGroup V2
inst✝⁸ : Module k V2
inst✝⁷ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁶ : AddCommGroup V3
inst✝⁵ : Module k V3
inst✝⁴ : AffineSpace V3 P3
inst✝³ : AddCommGroup V4
inst✝² : Module k V4
inst✝¹ : AffineSpace V4 P4
inst✝ : NoZeroSMulDivisors k V1
p₀ p₁ : P1
c : k
⊢ (lineMap p₀ p₁) c = p₁ ↔ p₀ = p₁ ∨ c = 1

Next tactic:
rw [← @lineMap_eq_lineMap_iff k V1, lineMap_apply_one]
@[simp]
theorem apply_lineMap (f : P1 →ᵃ[k] P2) (p₀ p₁ : P1) (c : k) :
    f (lineMap p₀ p₁ c) = lineMap (f p₀) (f p₁) c := by
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
f : P1 →ᵃ[k] P2
p₀ p₁ : P1
c : k
⊢ f ((lineMap p₀ p₁) c) = (lineMap (f p₀) (f p₁)) c

Next tactic:
simp [lineMap_apply]
theorem lineMap_symm (p₀ p₁ : P1) :
    lineMap p₀ p₁ = (lineMap p₁ p₀).comp (lineMap (1 : k) (0 : k)) := by
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
p₀ p₁ : P1
⊢ lineMap p₀ p₁ = comp (lineMap p₁ p₀) (lineMap 1 0)

Next tactic:
rw [comp_lineMap]
theorem lineMap_symm (p₀ p₁ : P1) :
    lineMap p₀ p₁ = (lineMap p₁ p₀).comp (lineMap (1 : k) (0 : k)) := by
  rw [comp_lineMap]
  

Proof state:
k : Type u_1
V1 : Type u_2
P1 : Type u_3
V2 : Type u_4
P2 : Type u_5
V3 : Type u_6
P3 : Type u_7
V4 : Type u_8
P4 : Type u_9
inst✝¹² : Ring k
inst✝¹¹ : AddCommGroup V1
inst✝¹⁰ : Module k V1
inst✝⁹ : AffineSpace V1 P1
inst✝⁸ : AddCommGroup V2
inst✝⁷ : Module k V2
inst✝⁶ : AffineSpace V2 P2
inst✝⁵ : AddCommGroup V3
inst✝⁴ : Module k V3
inst✝³ : AffineSpace V3 P3
inst✝² : AddCommGroup V4
inst✝¹ : Module k V4
inst✝ : AffineSpace V4 P4
p₀ p₁ : P1
⊢ lineMap p₀ p₁ = lineMap ((lineMap p₁ p₀) 1) ((lineMap p₁ p₀) 0)

Next tactic:
simp