l3lab/ntp-mathlib huggingface dataset:
theorem starConvex_iff_forall_pos (hx : x ∈ s) : StarConvex 𝕜 x s ↔
    ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha := ha.eq_or_lt
  · 

Proof state:
case inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
b : 𝕜
hb : 0 ≤ b
ha : 0 ≤ 0
hab : 0 + b = 1
⊢ 0 • x + b • y ∈ s

Next tactic:
rw [zero_add] at hab
theorem starConvex_iff_forall_pos (hx : x ∈ s) : StarConvex 𝕜 x s ↔
    ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha := ha.eq_or_lt
  · rw [zero_add] at hab
    

Proof state:
case inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
b : 𝕜
hb : 0 ≤ b
ha : 0 ≤ 0
hab : b = 1
⊢ 0 • x + b • y ∈ s

Next tactic:
rwa [hab, one_smul, zero_smul, zero_add]
theorem starConvex_iff_forall_pos (hx : x ∈ s) : StarConvex 𝕜 x s ↔
    ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha := ha.eq_or_lt
  · rw [zero_add] at hab
    rwa [hab, one_smul, zero_smul, zero_add]
  

Proof state:
case inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha✝ : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
ha : 0 < a
⊢ a • x + b • y ∈ s

Next tactic:
obtain rfl | hb := hb.eq_or_lt
theorem starConvex_iff_forall_pos (hx : x ∈ s) : StarConvex 𝕜 x s ↔
    ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha := ha.eq_or_lt
  · rw [zero_add] at hab
    rwa [hab, one_smul, zero_smul, zero_add]
  obtain rfl | hb := hb.eq_or_lt
  · 

Proof state:
case inr.inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a : 𝕜
ha✝ : 0 ≤ a
ha : 0 < a
hb : 0 ≤ 0
hab : a + 0 = 1
⊢ a • x + 0 • y ∈ s

Next tactic:
rw [add_zero] at hab
theorem starConvex_iff_forall_pos (hx : x ∈ s) : StarConvex 𝕜 x s ↔
    ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha := ha.eq_or_lt
  · rw [zero_add] at hab
    rwa [hab, one_smul, zero_smul, zero_add]
  obtain rfl | hb := hb.eq_or_lt
  · rw [add_zero] at hab
    

Proof state:
case inr.inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a : 𝕜
ha✝ : 0 ≤ a
ha : 0 < a
hb : 0 ≤ 0
hab : a = 1
⊢ a • x + 0 • y ∈ s

Next tactic:
rwa [hab, one_smul, zero_smul, add_zero]
theorem starConvex_iff_forall_pos (hx : x ∈ s) : StarConvex 𝕜 x s ↔
    ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha := ha.eq_or_lt
  · rw [zero_add] at hab
    rwa [hab, one_smul, zero_smul, zero_add]
  obtain rfl | hb := hb.eq_or_lt
  · rw [add_zero] at hab
    rwa [hab, one_smul, zero_smul, add_zero]
  

Proof state:
case inr.inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha✝ : 0 ≤ a
hb✝ : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
ha : 0 < a
hb : 0 < b
⊢ a • x + b • y ∈ s

Next tactic:
exact h hy ha hb hab
theorem starConvex_iff_forall_ne_pos (hx : x ∈ s) :
    StarConvex 𝕜 x s ↔
      ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
⊢ StarConvex 𝕜 x s ↔ ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s

Next tactic:
refine' ⟨fun h y hy _ a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
theorem starConvex_iff_forall_ne_pos (hx : x ∈ s) :
    StarConvex 𝕜 x s ↔
      ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy _ a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
⊢ (∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s) → StarConvex 𝕜 x s

Next tactic:
intro h y hy a b ha hb hab
theorem starConvex_iff_forall_ne_pos (hx : x ∈ s) :
    StarConvex 𝕜 x s ↔
      ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy _ a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ a • x + b • y ∈ s

Next tactic:
obtain rfl | ha' := ha.eq_or_lt
theorem starConvex_iff_forall_ne_pos (hx : x ∈ s) :
    StarConvex 𝕜 x s ↔
      ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy _ a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha' := ha.eq_or_lt
  · 

Proof state:
case inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
b : 𝕜
hb : 0 ≤ b
ha : 0 ≤ 0
hab : 0 + b = 1
⊢ 0 • x + b • y ∈ s

Next tactic:
rw [zero_add] at hab
theorem starConvex_iff_forall_ne_pos (hx : x ∈ s) :
    StarConvex 𝕜 x s ↔
      ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy _ a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha' := ha.eq_or_lt
  · rw [zero_add] at hab
    

Proof state:
case inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
b : 𝕜
hb : 0 ≤ b
ha : 0 ≤ 0
hab : b = 1
⊢ 0 • x + b • y ∈ s

Next tactic:
rwa [hab, zero_smul, one_smul, zero_add]
theorem starConvex_iff_forall_ne_pos (hx : x ∈ s) :
    StarConvex 𝕜 x s ↔
      ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy _ a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha' := ha.eq_or_lt
  · rw [zero_add] at hab
    rwa [hab, zero_smul, one_smul, zero_add]
  

Proof state:
case inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
ha' : 0 < a
⊢ a • x + b • y ∈ s

Next tactic:
obtain rfl | hb' := hb.eq_or_lt
theorem starConvex_iff_forall_ne_pos (hx : x ∈ s) :
    StarConvex 𝕜 x s ↔
      ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy _ a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha' := ha.eq_or_lt
  · rw [zero_add] at hab
    rwa [hab, zero_smul, one_smul, zero_add]
  obtain rfl | hb' := hb.eq_or_lt
  · 

Proof state:
case inr.inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a : 𝕜
ha : 0 ≤ a
ha' : 0 < a
hb : 0 ≤ 0
hab : a + 0 = 1
⊢ a • x + 0 • y ∈ s

Next tactic:
rw [add_zero] at hab
theorem starConvex_iff_forall_ne_pos (hx : x ∈ s) :
    StarConvex 𝕜 x s ↔
      ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy _ a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha' := ha.eq_or_lt
  · rw [zero_add] at hab
    rwa [hab, zero_smul, one_smul, zero_add]
  obtain rfl | hb' := hb.eq_or_lt
  · rw [add_zero] at hab
    

Proof state:
case inr.inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a : 𝕜
ha : 0 ≤ a
ha' : 0 < a
hb : 0 ≤ 0
hab : a = 1
⊢ a • x + 0 • y ∈ s

Next tactic:
rwa [hab, zero_smul, one_smul, add_zero]
theorem starConvex_iff_forall_ne_pos (hx : x ∈ s) :
    StarConvex 𝕜 x s ↔
      ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy _ a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha' := ha.eq_or_lt
  · rw [zero_add] at hab
    rwa [hab, zero_smul, one_smul, zero_add]
  obtain rfl | hb' := hb.eq_or_lt
  · rw [add_zero] at hab
    rwa [hab, zero_smul, one_smul, add_zero]
  

Proof state:
case inr.inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
ha' : 0 < a
hb' : 0 < b
⊢ a • x + b • y ∈ s

Next tactic:
obtain rfl | hxy := eq_or_ne x y
theorem starConvex_iff_forall_ne_pos (hx : x ∈ s) :
    StarConvex 𝕜 x s ↔
      ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy _ a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha' := ha.eq_or_lt
  · rw [zero_add] at hab
    rwa [hab, zero_smul, one_smul, zero_add]
  obtain rfl | hb' := hb.eq_or_lt
  · rw [add_zero] at hab
    rwa [hab, zero_smul, one_smul, add_zero]
  obtain rfl | hxy := eq_or_ne x y
  · 

Proof state:
case inr.inr.inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
ha' : 0 < a
hb' : 0 < b
hy : x ∈ s
⊢ a • x + b • x ∈ s

Next tactic:
rwa [Convex.combo_self hab]
theorem starConvex_iff_forall_ne_pos (hx : x ∈ s) :
    StarConvex 𝕜 x s ↔
      ∀ ⦃y⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s := by
  refine' ⟨fun h y hy _ a b ha hb hab => h hy ha.le hb.le hab, _⟩
  intro h y hy a b ha hb hab
  obtain rfl | ha' := ha.eq_or_lt
  · rw [zero_add] at hab
    rwa [hab, zero_smul, one_smul, zero_add]
  obtain rfl | hb' := hb.eq_or_lt
  · rw [add_zero] at hab
    rwa [hab, zero_smul, one_smul, add_zero]
  obtain rfl | hxy := eq_or_ne x y
  · rwa [Convex.combo_self hab]
  

Proof state:
case inr.inr.inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hx : x ∈ s
h : ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → x ≠ y → ∀ ⦃a b : 𝕜⦄, 0 < a → 0 < b → a + b = 1 → a • x + b • y ∈ s
y : E
hy : y ∈ s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
ha' : 0 < a
hb' : 0 < b
hxy : x ≠ y
⊢ a • x + b • y ∈ s

Next tactic:
exact h hy hxy ha' hb' hab
theorem starConvex_singleton (x : E) : StarConvex 𝕜 x {x} := by
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x✝ y z : E
s : Set E
x : E
⊢ StarConvex 𝕜 x {x}

Next tactic:
rintro y (rfl : y = x) a b _ _ hab
theorem starConvex_singleton (x : E) : StarConvex 𝕜 x {x} := by
  rintro y (rfl : y = x) a b _ _ hab
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
y : E
a b : 𝕜
a✝¹ : 0 ≤ a
a✝ : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ a • y + b • y ∈ {y}

Next tactic:
exact Convex.combo_self hab _
theorem StarConvex.linear_image (hs : StarConvex 𝕜 x s) (f : E →ₗ[𝕜] F) :
    StarConvex 𝕜 (f x) (s.image f) := by
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z : E
s : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
f : E →ₗ[𝕜] F
⊢ StarConvex 𝕜 (f x) (⇑f '' s)

Next tactic:
intro y hy a b ha hb hab
theorem StarConvex.linear_image (hs : StarConvex 𝕜 x s) (f : E →ₗ[𝕜] F) :
    StarConvex 𝕜 (f x) (s.image f) := by
  intro y hy a b ha hb hab
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
f : E →ₗ[𝕜] F
y : F
hy : y ∈ ⇑f '' s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ a • f x + b • y ∈ ⇑f '' s

Next tactic:
obtain ⟨y', hy', rfl⟩ := hy
theorem StarConvex.linear_image (hs : StarConvex 𝕜 x s) (f : E →ₗ[𝕜] F) :
    StarConvex 𝕜 (f x) (s.image f) := by
  intro y hy a b ha hb hab
  obtain ⟨y', hy', rfl⟩ := hy
  

Proof state:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z : E
s : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
f : E →ₗ[𝕜] F
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
y' : E
hy' : y' ∈ s
⊢ a • f x + b • f y' ∈ ⇑f '' s

Next tactic:
exact ⟨a • x + b • y', hs hy' ha hb hab, by rw [f.map_add, f.map_smul, f.map_smul]⟩
theorem StarConvex.linear_image (hs : StarConvex 𝕜 x s) (f : E →ₗ[𝕜] F) :
    StarConvex 𝕜 (f x) (s.image f) := by
  intro y hy a b ha hb hab
  obtain ⟨y', hy', rfl⟩ := hy
  exact ⟨a • x + b • y', hs hy' ha hb hab, by 

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z : E
s : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
f : E →ₗ[𝕜] F
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
y' : E
hy' : y' ∈ s
⊢ f (a • x + b • y') = a • f x + b • f y'

Next tactic:
rw [f.map_add, f.map_smul, f.map_smul]
theorem StarConvex.linear_preimage {s : Set F} (f : E →ₗ[𝕜] F) (hs : StarConvex 𝕜 (f x) s) :
    StarConvex 𝕜 x (s.preimage f) := by
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z : E
s✝ : Set E
s : Set F
f : E →ₗ[𝕜] F
hs : StarConvex 𝕜 (f x) s
⊢ StarConvex 𝕜 x (⇑f ⁻¹' s)

Next tactic:
intro y hy a b ha hb hab
theorem StarConvex.linear_preimage {s : Set F} (f : E →ₗ[𝕜] F) (hs : StarConvex 𝕜 (f x) s) :
    StarConvex 𝕜 x (s.preimage f) := by
  intro y hy a b ha hb hab
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s✝ : Set E
s : Set F
f : E →ₗ[𝕜] F
hs : StarConvex 𝕜 (f x) s
y : E
hy : y ∈ ⇑f ⁻¹' s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ a • x + b • y ∈ ⇑f ⁻¹' s

Next tactic:
rw [mem_preimage, f.map_add, f.map_smul, f.map_smul]
theorem StarConvex.linear_preimage {s : Set F} (f : E →ₗ[𝕜] F) (hs : StarConvex 𝕜 (f x) s) :
    StarConvex 𝕜 x (s.preimage f) := by
  intro y hy a b ha hb hab
  rw [mem_preimage, f.map_add, f.map_smul, f.map_smul]
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z : E
s✝ : Set E
s : Set F
f : E →ₗ[𝕜] F
hs : StarConvex 𝕜 (f x) s
y : E
hy : y ∈ ⇑f ⁻¹' s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ a • f x + b • f y ∈ s

Next tactic:
exact hs hy ha hb hab
theorem StarConvex.add {t : Set E} (hs : StarConvex 𝕜 x s) (ht : StarConvex 𝕜 y t) :
    StarConvex 𝕜 (x + y) (s + t) := by
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z : E
s t : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
ht : StarConvex 𝕜 y t
⊢ StarConvex 𝕜 (x + y) (s + t)

Next tactic:
rw [← add_image_prod]
theorem StarConvex.add {t : Set E} (hs : StarConvex 𝕜 x s) (ht : StarConvex 𝕜 y t) :
    StarConvex 𝕜 (x + y) (s + t) := by
  rw [← add_image_prod]
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z : E
s t : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
ht : StarConvex 𝕜 y t
⊢ StarConvex 𝕜 (x + y) ((fun x => x.1 + x.2) '' s ×ˢ t)

Next tactic:
exact (hs.prod ht).is_linear_image IsLinearMap.isLinearMap_add
theorem StarConvex.add_left (hs : StarConvex 𝕜 x s) (z : E) :
    StarConvex 𝕜 (z + x) ((fun x => z + x) '' s) := by
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z✝ : E
s : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
z : E
⊢ StarConvex 𝕜 (z + x) ((fun x => z + x) '' s)

Next tactic:
intro y hy a b ha hb hab
theorem StarConvex.add_left (hs : StarConvex 𝕜 x s) (z : E) :
    StarConvex 𝕜 (z + x) ((fun x => z + x) '' s) := by
  intro y hy a b ha hb hab
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z✝ : E
s : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
z y : E
hy : y ∈ (fun x => z + x) '' s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ a • (z + x) + b • y ∈ (fun x => z + x) '' s

Next tactic:
obtain ⟨y', hy', rfl⟩ := hy
theorem StarConvex.add_left (hs : StarConvex 𝕜 x s) (z : E) :
    StarConvex 𝕜 (z + x) ((fun x => z + x) '' s) := by
  intro y hy a b ha hb hab
  obtain ⟨y', hy', rfl⟩ := hy
  

Proof state:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z✝ : E
s : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
z : E
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
y' : E
hy' : y' ∈ s
⊢ a • (z + x) + b • (fun x => z + x) y' ∈ (fun x => z + x) '' s

Next tactic:
refine' ⟨a • x + b • y', hs hy' ha hb hab, _⟩
theorem StarConvex.add_left (hs : StarConvex 𝕜 x s) (z : E) :
    StarConvex 𝕜 (z + x) ((fun x => z + x) '' s) := by
  intro y hy a b ha hb hab
  obtain ⟨y', hy', rfl⟩ := hy
  refine' ⟨a • x + b • y', hs hy' ha hb hab, _⟩
  

Proof state:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z✝ : E
s : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
z : E
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
y' : E
hy' : y' ∈ s
⊢ (fun x => z + x) (a • x + b • y') = a • (z + x) + b • (fun x => z + x) y'

Next tactic:
rw [smul_add, smul_add, add_add_add_comm, ← add_smul, hab, one_smul]
theorem StarConvex.add_right (hs : StarConvex 𝕜 x s) (z : E) :
    StarConvex 𝕜 (x + z) ((fun x => x + z) '' s) := by
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z✝ : E
s : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
z : E
⊢ StarConvex 𝕜 (x + z) ((fun x => x + z) '' s)

Next tactic:
intro y hy a b ha hb hab
theorem StarConvex.add_right (hs : StarConvex 𝕜 x s) (z : E) :
    StarConvex 𝕜 (x + z) ((fun x => x + z) '' s) := by
  intro y hy a b ha hb hab
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y✝ z✝ : E
s : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
z y : E
hy : y ∈ (fun x => x + z) '' s
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
⊢ a • (x + z) + b • y ∈ (fun x => x + z) '' s

Next tactic:
obtain ⟨y', hy', rfl⟩ := hy
theorem StarConvex.add_right (hs : StarConvex 𝕜 x s) (z : E) :
    StarConvex 𝕜 (x + z) ((fun x => x + z) '' s) := by
  intro y hy a b ha hb hab
  obtain ⟨y', hy', rfl⟩ := hy
  

Proof state:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z✝ : E
s : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
z : E
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
y' : E
hy' : y' ∈ s
⊢ a • (x + z) + b • (fun x => x + z) y' ∈ (fun x => x + z) '' s

Next tactic:
refine' ⟨a • x + b • y', hs hy' ha hb hab, _⟩
theorem StarConvex.add_right (hs : StarConvex 𝕜 x s) (z : E) :
    StarConvex 𝕜 (x + z) ((fun x => x + z) '' s) := by
  intro y hy a b ha hb hab
  obtain ⟨y', hy', rfl⟩ := hy
  refine' ⟨a • x + b • y', hs hy' ha hb hab, _⟩
  

Proof state:
case intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z✝ : E
s : Set E
hs : StarConvex 𝕜 x s
z : E
a b : 𝕜
ha : 0 ≤ a
hb : 0 ≤ b
hab : a + b = 1
y' : E
hy' : y' ∈ s
⊢ (fun x => x + z) (a • x + b • y') = a • (x + z) + b • (fun x => x + z) y'

Next tactic:
rw [smul_add, smul_add, add_add_add_comm, ← add_smul, hab, one_smul]
/-- The translation of a star-convex set is also star-convex. -/
theorem StarConvex.preimage_add_right (hs : StarConvex 𝕜 (z + x) s) :
    StarConvex 𝕜 x ((fun x => z + x) ⁻¹' s) := by
  

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : OrderedSemiring 𝕜
inst✝³ : AddCommMonoid E
inst✝² : AddCommMonoid F
inst✝¹ : Module 𝕜 E
inst✝ : Module 𝕜 F
x y z : E
s : Set E
hs : StarConvex 𝕜 (z + x) s
⊢ StarConvex 𝕜 x ((fun x => z + x) ⁻¹' s)

Next tactic:
intro y hy a b ha hb hab