l3lab/ntp-mathlib huggingface dataset:
/-- Given a point `p1` in an affine subspace `s`, and a point `p2`, a point `p` is in the span of
`s` with `p2` added if and only if it is a multiple of `p2 -ᵥ p1` added to a point in `s`. -/
theorem mem_affineSpan_insert_iff {s : AffineSubspace k P} {p1 : P} (hp1 : p1 ∈ s) (p2 p : P) :
    p ∈ affineSpan k (insert p2 (s : Set P)) ↔
      ∃ (r : k) (p0 : P) (_hp0 : p0 ∈ s), p = r • (p2 -ᵥ p1 : V) +ᵥ p0 := by
  rw [← mem_coe] at hp1
  rw [← vsub_right_mem_direction_iff_mem (mem_affineSpan k (Set.mem_insert_of_mem _ hp1)),
    direction_affineSpan_insert hp1, Submodule.mem_sup]
  constructor
  · rintro ⟨v1, hv1, v2, hv2, hp⟩
    rw [Submodule.mem_span_singleton] at hv1
    rcases hv1 with ⟨r, rfl⟩
    use r, v2 +ᵥ p1, vadd_mem_of_mem_direction hv2 hp1
    symm at hp
    rw [← sub_eq_zero, ← vsub_vadd_eq_vsub_sub, vsub_eq_zero_iff_eq] at hp
    rw [hp, vadd_vadd]
  · rintro ⟨r, p3, hp3, rfl⟩
    use r • (p2 -ᵥ p1), Submodule.mem_span_singleton.2 ⟨r, rfl⟩, p3 -ᵥ p1,
      vsub_mem_direction hp3 hp1
    

Proof state:
case right
k : Type u_1
V : Type u_2
P : Type u_3
inst✝³ : Ring k
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module k V
inst✝ : AffineSpace V P
s : AffineSubspace k P
p1 : P
hp1 : p1 ∈ ↑s
p2 : P
r : k
p3 : P
hp3 : p3 ∈ s
⊢ r • (p2 -ᵥ p1) + (p3 -ᵥ p1) = r • (p2 -ᵥ p1) +ᵥ p3 -ᵥ p1

Next tactic:
rw [vadd_vsub_assoc, add_comm]
@[simp]
theorem AffineMap.vectorSpan_image_eq_submodule_map {s : Set P₁} :
    Submodule.map f.linear (vectorSpan k s) = vectorSpan k (f '' s) := 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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : Set P₁
⊢ Submodule.map f.linear (vectorSpan k s) = vectorSpan k (⇑f '' s)

Next tactic:
rw [vectorSpan_def, vectorSpan_def, f.image_vsub_image, Submodule.span_image]
/-- The image of an affine subspace under an affine map as an affine subspace. -/
def map (s : AffineSubspace k P₁) : AffineSubspace k P₂ where
  carrier := f '' s
  smul_vsub_vadd_mem := 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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : AffineSubspace k P₁
⊢ ∀ (c : k) {p1 p2 p3 : P₂}, p1 ∈ ⇑f '' ↑s → p2 ∈ ⇑f '' ↑s → p3 ∈ ⇑f '' ↑s → c • (p1 -ᵥ p2) +ᵥ p3 ∈ ⇑f '' ↑s

Next tactic:
rintro t - - - ⟨p₁, h₁, rfl⟩ ⟨p₂, h₂, rfl⟩ ⟨p₃, h₃, rfl⟩
/-- The image of an affine subspace under an affine map as an affine subspace. -/
def map (s : AffineSubspace k P₁) : AffineSubspace k P₂ where
  carrier := f '' s
  smul_vsub_vadd_mem := by
    rintro t - - - ⟨p₁, h₁, rfl⟩ ⟨p₂, h₂, rfl⟩ ⟨p₃, h₃, rfl⟩
    

Proof state:
case 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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : AffineSubspace k P₁
t : k
p₁ : P₁
h₁ : p₁ ∈ ↑s
p₂ : P₁
h₂ : p₂ ∈ ↑s
p₃ : P₁
h₃ : p₃ ∈ ↑s
⊢ t • (f p₁ -ᵥ f p₂) +ᵥ f p₃ ∈ ⇑f '' ↑s

Next tactic:
use t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃
/-- The image of an affine subspace under an affine map as an affine subspace. -/
def map (s : AffineSubspace k P₁) : AffineSubspace k P₂ where
  carrier := f '' s
  smul_vsub_vadd_mem := by
    rintro t - - - ⟨p₁, h₁, rfl⟩ ⟨p₂, h₂, rfl⟩ ⟨p₃, h₃, rfl⟩
    use t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃
    

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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : AffineSubspace k P₁
t : k
p₁ : P₁
h₁ : p₁ ∈ ↑s
p₂ : P₁
h₂ : p₂ ∈ ↑s
p₃ : P₁
h₃ : p₃ ∈ ↑s
⊢ t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃ ∈ ↑s ∧ f (t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃) = t • (f p₁ -ᵥ f p₂) +ᵥ f p₃

Next tactic:
suffices t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃ ∈ s by
    { simp only [SetLike.mem_coe, true_and, this]
      rw [AffineMap.map_vadd, map_smul, AffineMap.linearMap_vsub] }
/-- The image of an affine subspace under an affine map as an affine subspace. -/
def map (s : AffineSubspace k P₁) : AffineSubspace k P₂ where
  carrier := f '' s
  smul_vsub_vadd_mem := by
    rintro t - - - ⟨p₁, h₁, rfl⟩ ⟨p₂, h₂, rfl⟩ ⟨p₃, h₃, rfl⟩
    use t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃
    suffices t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃ ∈ s 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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : AffineSubspace k P₁
t : k
p₁ : P₁
h₁ : p₁ ∈ ↑s
p₂ : P₁
h₂ : p₂ ∈ ↑s
p₃ : P₁
h₃ : p₃ ∈ ↑s
this : t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃ ∈ s
⊢ t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃ ∈ ↑s ∧ f (t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃) = t • (f p₁ -ᵥ f p₂) +ᵥ f p₃

Next tactic:
{ simp only [SetLike.mem_coe, true_and, this]
      rw [AffineMap.map_vadd, map_smul, AffineMap.linearMap_vsub] }
/-- The image of an affine subspace under an affine map as an affine subspace. -/
def map (s : AffineSubspace k P₁) : AffineSubspace k P₂ where
  carrier := f '' s
  smul_vsub_vadd_mem := by
    rintro t - - - ⟨p₁, h₁, rfl⟩ ⟨p₂, h₂, rfl⟩ ⟨p₃, h₃, rfl⟩
    use t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃
    suffices t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃ ∈ s 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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : AffineSubspace k P₁
t : k
p₁ : P₁
h₁ : p₁ ∈ ↑s
p₂ : P₁
h₂ : p₂ ∈ ↑s
p₃ : P₁
h₃ : p₃ ∈ ↑s
this : t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃ ∈ s
⊢ t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃ ∈ ↑s ∧ f (t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃) = t • (f p₁ -ᵥ f p₂) +ᵥ f p₃

Next tactic:
simp only [SetLike.mem_coe, true_and, this]
/-- The image of an affine subspace under an affine map as an affine subspace. -/
def map (s : AffineSubspace k P₁) : AffineSubspace k P₂ where
  carrier := f '' s
  smul_vsub_vadd_mem := by
    rintro t - - - ⟨p₁, h₁, rfl⟩ ⟨p₂, h₂, rfl⟩ ⟨p₃, h₃, rfl⟩
    use t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃
    suffices t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃ ∈ s by
    { simp only [SetLike.mem_coe, true_and, this]
      

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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : AffineSubspace k P₁
t : k
p₁ : P₁
h₁ : p₁ ∈ ↑s
p₂ : P₁
h₂ : p₂ ∈ ↑s
p₃ : P₁
h₃ : p₃ ∈ ↑s
this : t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃ ∈ s
⊢ f (t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃) = t • (f p₁ -ᵥ f p₂) +ᵥ f p₃

Next tactic:
rw [AffineMap.map_vadd, map_smul, AffineMap.linearMap_vsub]
/-- The image of an affine subspace under an affine map as an affine subspace. -/
def map (s : AffineSubspace k P₁) : AffineSubspace k P₂ where
  carrier := f '' s
  smul_vsub_vadd_mem := by
    rintro t - - - ⟨p₁, h₁, rfl⟩ ⟨p₂, h₂, rfl⟩ ⟨p₃, h₃, rfl⟩
    use t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃
    suffices t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃ ∈ s by
    { simp only [SetLike.mem_coe, true_and, this]
      rw [AffineMap.map_vadd, map_smul, AffineMap.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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : AffineSubspace k P₁
t : k
p₁ : P₁
h₁ : p₁ ∈ ↑s
p₂ : P₁
h₂ : p₂ ∈ ↑s
p₃ : P₁
h₃ : p₃ ∈ ↑s
⊢ t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃ ∈ s

Next tactic:
exact s.smul_vsub_vadd_mem t h₁ h₂ h₃
@[simp]
theorem mem_map {f : P₁ →ᵃ[k] P₂} {x : P₂} {s : AffineSubspace k P₁} :
    x ∈ s.map f ↔ ∃ y ∈ s, f y = x := 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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f✝ f : P₁ →ᵃ[k] P₂
x : P₂
s : AffineSubspace k P₁
⊢ x ∈ map f s ↔ ∃ y ∈ s, f y = x

Next tactic:
simpa only [bex_def] using mem_image_iff_bex
@[simp]
theorem map_eq_bot_iff {s : AffineSubspace k P₁} : s.map f = ⊥ ↔ s = ⊥ := 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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : AffineSubspace k P₁
⊢ map f s = ⊥ ↔ s = ⊥

Next tactic:
refine' ⟨fun h => _, fun h => _⟩
@[simp]
theorem map_eq_bot_iff {s : AffineSubspace k P₁} : s.map f = ⊥ ↔ s = ⊥ := by
  refine' ⟨fun h => _, fun h => _⟩
  · 

Proof state:
case refine'_1
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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : AffineSubspace k P₁
h : map f s = ⊥
⊢ s = ⊥

Next tactic:
rwa [← coe_eq_bot_iff, coe_map, image_eq_empty, coe_eq_bot_iff] at h
@[simp]
theorem map_eq_bot_iff {s : AffineSubspace k P₁} : s.map f = ⊥ ↔ s = ⊥ := by
  refine' ⟨fun h => _, fun h => _⟩
  · rwa [← coe_eq_bot_iff, coe_map, image_eq_empty, coe_eq_bot_iff] at h
  · 

Proof state:
case refine'_2
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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : AffineSubspace k P₁
h : s = ⊥
⊢ map f s = ⊥

Next tactic:
rw [h, map_bot]
@[simp]
theorem map_direction (s : AffineSubspace k P₁) : (s.map f).direction = s.direction.map f.linear :=
  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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : AffineSubspace k P₁
⊢ direction (map f s) = Submodule.map f.linear (direction s)

Next tactic:
rw [direction_eq_vectorSpan, direction_eq_vectorSpan, coe_map,
    AffineMap.vectorSpan_image_eq_submodule_map]
theorem map_span (s : Set P₁) : (affineSpan k s).map f = affineSpan k (f '' s) := 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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : Set P₁
⊢ map f (affineSpan k s) = affineSpan k (⇑f '' s)

Next tactic:
rcases s.eq_empty_or_nonempty with (rfl | ⟨p, hp⟩)
theorem map_span (s : Set P₁) : (affineSpan k s).map f = affineSpan k (f '' s) := by
  rcases s.eq_empty_or_nonempty with (rfl | ⟨p, hp⟩);
  · 

Proof state:
case inl
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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
⊢ map f (affineSpan k ∅) = affineSpan k (⇑f '' ∅)

Next tactic:
rw [image_empty, span_empty, span_empty, map_bot]
theorem map_span (s : Set P₁) : (affineSpan k s).map f = affineSpan k (f '' s) := by
  rcases s.eq_empty_or_nonempty with (rfl | ⟨p, hp⟩);
  · rw [image_empty, span_empty, span_empty, map_bot]
    -- porting note: I don't know exactly why this `simp` was broken.
  

Proof state:
case inr.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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : Set P₁
p : P₁
hp : p ∈ s
⊢ map f (affineSpan k s) = affineSpan k (⇑f '' s)

Next tactic:
apply ext_of_direction_eq
theorem map_span (s : Set P₁) : (affineSpan k s).map f = affineSpan k (f '' s) := by
  rcases s.eq_empty_or_nonempty with (rfl | ⟨p, hp⟩);
  · rw [image_empty, span_empty, span_empty, map_bot]
    -- porting note: I don't know exactly why this `simp` was broken.
  apply ext_of_direction_eq
  · 

Proof state:
case inr.intro.hd
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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : Set P₁
p : P₁
hp : p ∈ s
⊢ direction (map f (affineSpan k s)) = direction (affineSpan k (⇑f '' s))

Next tactic:
simp [direction_affineSpan]
theorem map_span (s : Set P₁) : (affineSpan k s).map f = affineSpan k (f '' s) := by
  rcases s.eq_empty_or_nonempty with (rfl | ⟨p, hp⟩);
  · rw [image_empty, span_empty, span_empty, map_bot]
    -- porting note: I don't know exactly why this `simp` was broken.
  apply ext_of_direction_eq
  · simp [direction_affineSpan]
  · 

Proof state:
case inr.intro.hn
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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : Set P₁
p : P₁
hp : p ∈ s
⊢ Set.Nonempty (↑(map f (affineSpan k s)) ∩ ↑(affineSpan k (⇑f '' s)))

Next tactic:
exact
      ⟨f p, mem_image_of_mem f (subset_affineSpan k _ hp),
        subset_affineSpan k _ (mem_image_of_mem f hp)⟩
@[simp]
theorem map_top_of_surjective (hf : Function.Surjective f) : AffineSubspace.map 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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
hf : Function.Surjective ⇑f
⊢ AffineSubspace.map f ⊤ = ⊤

Next tactic:
rw [← AffineSubspace.ext_iff]
@[simp]
theorem map_top_of_surjective (hf : Function.Surjective f) : AffineSubspace.map f ⊤ = ⊤ := by
  rw [← AffineSubspace.ext_iff]
  

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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
hf : Function.Surjective ⇑f
⊢ ↑(AffineSubspace.map f ⊤) = ↑⊤

Next tactic:
exact image_univ_of_surjective hf
theorem span_eq_top_of_surjective {s : Set P₁} (hf : Function.Surjective f)
    (h : affineSpan k s = ⊤) : affineSpan k (f '' s) = ⊤ := 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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : Set P₁
hf : Function.Surjective ⇑f
h : affineSpan k s = ⊤
⊢ affineSpan k (⇑f '' s) = ⊤

Next tactic:
rw [← AffineSubspace.map_span, h, map_top_of_surjective f hf]
theorem span_eq_top_iff {s : Set P₁} (e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂) :
    affineSpan k s = ⊤ ↔ affineSpan k (e '' s) = ⊤ := 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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : Set P₁
e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂
⊢ affineSpan k s = ⊤ ↔ affineSpan k (⇑e '' s) = ⊤

Next tactic:
refine' ⟨(e : P₁ →ᵃ[k] P₂).span_eq_top_of_surjective e.surjective, _⟩
theorem span_eq_top_iff {s : Set P₁} (e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂) :
    affineSpan k s = ⊤ ↔ affineSpan k (e '' s) = ⊤ := by
  refine' ⟨(e : P₁ →ᵃ[k] P₂).span_eq_top_of_surjective e.surjective, _⟩
  

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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : Set P₁
e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂
⊢ affineSpan k (⇑e '' s) = ⊤ → affineSpan k s = ⊤

Next tactic:
intro h
theorem span_eq_top_iff {s : Set P₁} (e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂) :
    affineSpan k s = ⊤ ↔ affineSpan k (e '' s) = ⊤ := by
  refine' ⟨(e : P₁ →ᵃ[k] P₂).span_eq_top_of_surjective e.surjective, _⟩
  intro h
  

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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : Set P₁
e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂
h : affineSpan k (⇑e '' s) = ⊤
⊢ affineSpan k s = ⊤

Next tactic:
have : s = e.symm '' (e '' s) := by rw [← image_comp]; simp
theorem span_eq_top_iff {s : Set P₁} (e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂) :
    affineSpan k s = ⊤ ↔ affineSpan k (e '' s) = ⊤ := by
  refine' ⟨(e : P₁ →ᵃ[k] P₂).span_eq_top_of_surjective e.surjective, _⟩
  intro h
  have : s = e.symm '' (e '' s) := 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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : Set P₁
e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂
h : affineSpan k (⇑e '' s) = ⊤
⊢ s = ⇑(symm e) '' (⇑e '' s)

Next tactic:
rw [← image_comp]
theorem span_eq_top_iff {s : Set P₁} (e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂) :
    affineSpan k s = ⊤ ↔ affineSpan k (e '' s) = ⊤ := by
  refine' ⟨(e : P₁ →ᵃ[k] P₂).span_eq_top_of_surjective e.surjective, _⟩
  intro h
  have : s = e.symm '' (e '' s) := by rw [← image_comp]; 

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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : Set P₁
e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂
h : affineSpan k (⇑e '' s) = ⊤
⊢ s = ⇑(symm e) ∘ ⇑e '' s

Next tactic:
simp
theorem span_eq_top_iff {s : Set P₁} (e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂) :
    affineSpan k s = ⊤ ↔ affineSpan k (e '' s) = ⊤ := by
  refine' ⟨(e : P₁ →ᵃ[k] P₂).span_eq_top_of_surjective e.surjective, _⟩
  intro h
  have : s = e.symm '' (e '' s) := by rw [← image_comp]; simp
  

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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : Set P₁
e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂
h : affineSpan k (⇑e '' s) = ⊤
this : s = ⇑(symm e) '' (⇑e '' s)
⊢ affineSpan k s = ⊤

Next tactic:
rw [this]
theorem span_eq_top_iff {s : Set P₁} (e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂) :
    affineSpan k s = ⊤ ↔ affineSpan k (e '' s) = ⊤ := by
  refine' ⟨(e : P₁ →ᵃ[k] P₂).span_eq_top_of_surjective e.surjective, _⟩
  intro h
  have : s = e.symm '' (e '' s) := by rw [← image_comp]; simp
  rw [this]
  

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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : Set P₁
e : P₁ ≃ᵃ[k] P₂
h : affineSpan k (⇑e '' s) = ⊤
this : s = ⇑(symm e) '' (⇑e '' s)
⊢ affineSpan k (⇑(symm e) '' (⇑e '' s)) = ⊤

Next tactic:
exact (e.symm : P₂ →ᵃ[k] P₁).span_eq_top_of_surjective e.symm.surjective h
/-- The preimage of an affine subspace under an affine map as an affine subspace. -/
def comap (f : P₁ →ᵃ[k] P₂) (s : AffineSubspace k P₂) : AffineSubspace k P₁ where
  carrier := f ⁻¹' s
  smul_vsub_vadd_mem t p₁ p₂ p₃ (hp₁ : f p₁ ∈ s) (hp₂ : f p₂ ∈ s) (hp₃ : f p₃ ∈ s) :=
    show f _ ∈ s 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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : AffineSubspace k P₂
t : k
p₁ p₂ p₃ : P₁
hp₁ : f p₁ ∈ s
hp₂ : f p₂ ∈ s
hp₃ : f p₃ ∈ s
⊢ f (t • (p₁ -ᵥ p₂) +ᵥ p₃) ∈ s

Next tactic:
rw [AffineMap.map_vadd, LinearMap.map_smul, AffineMap.linearMap_vsub]
/-- The preimage of an affine subspace under an affine map as an affine subspace. -/
def comap (f : P₁ →ᵃ[k] P₂) (s : AffineSubspace k P₂) : AffineSubspace k P₁ where
  carrier := f ⁻¹' s
  smul_vsub_vadd_mem t p₁ p₂ p₃ (hp₁ : f p₁ ∈ s) (hp₂ : f p₂ ∈ s) (hp₃ : f p₃ ∈ s) :=
    show f _ ∈ s by
      rw [AffineMap.map_vadd, LinearMap.map_smul, AffineMap.linearMap_vsub]
      

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
inst✝⁹ : Ring k
inst✝⁸ : AddCommGroup V₁
inst✝⁷ : Module k V₁
inst✝⁶ : AffineSpace V₁ P₁
inst✝⁵ : AddCommGroup V₂
inst✝⁴ : Module k V₂
inst✝³ : AffineSpace V₂ P₂
inst✝² : AddCommGroup V₃
inst✝¹ : Module k V₃
inst✝ : AffineSpace V₃ P₃
f : P₁ →ᵃ[k] P₂
s : AffineSubspace k P₂
t : k
p₁ p₂ p₃ : P₁
hp₁ : f p₁ ∈ s
hp₂ : f p₂ ∈ s
hp₃ : f p₃ ∈ s
⊢ t • (f p₁ -ᵥ f p₂) +ᵥ f p₃ ∈ s

Next tactic:
apply s.smul_vsub_vadd_mem _ hp₁ hp₂ hp₃