Theorem: not_disjoint_segment_convexHull_triple
File: Mathlib/Analysis/Convex/StoneSeparation.lean

Proof steps:
state_before: 𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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})
state_after: 𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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: rw [not_disjoint_iff]
state_before: 𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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}
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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}
tactic: obtain ⟨az, bz, haz, hbz, habz, rfl⟩ := hz
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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}
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set E
p q u v x y : E
hu : u ∈ segment 𝕜 x p
hv : v ∈ segment 𝕜 y q
bz : 𝕜
hbz : 0 ≤ bz
haz : 0 ≤ 0
habz : 0 + bz = 1
⊢ ∃ x_1 ∈ segment 𝕜 u v, x_1 ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, 0 • x + bz • y}

case intro.intro.intro.intro.intro.inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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
haz' : 0 < az
⊢ ∃ x_1 ∈ segment 𝕜 u v, x_1 ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}
tactic: obtain rfl | haz' := haz.eq_or_lt
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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
haz' : 0 < az
⊢ ∃ x_1 ∈ segment 𝕜 u v, x_1 ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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
⊢ ∃ x_1 ∈ segment 𝕜 u (av • y + bv • q), x_1 ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}
tactic: obtain ⟨av, bv, hav, hbv, habv, rfl⟩ := hv
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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
⊢ ∃ x_1 ∈ segment 𝕜 u (av • y + bv • q), x_1 ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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 : 0 + bv = 1
⊢ ∃ x_1 ∈ segment 𝕜 u (0 • y + bv • q), x_1 ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}

case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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 rfl | hav' := hav.eq_or_lt
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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}
state_after: 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
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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}
tactic: obtain ⟨au, bu, hau, hbu, habu, rfl⟩ := hu
state_before: 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
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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}
state_after: 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
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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
⊢ ∃ x_1 ∈ segment 𝕜 (au • x + bu • p) (av • y + bv • q), x_1 ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}
tactic: have hab : 0 < az * av + bz * au := by positivity
state_before: 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
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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
⊢ ∃ x_1 ∈ segment 𝕜 (au • x + bu • p) (av • y + bv • q), x_1 ∈ (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}
state_after: 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
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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)

case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.refine_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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 ≤ bz * au / (az * av + bz * au)

case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.refine_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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
⊢ az * av / (az * av + bz * au) + bz * au / (az * av + bz * au) = 1

case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.refine_4
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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
⊢ (az * av / (az * av + bz * au)) • (au • x + bu • p) + (bz * au / (az * av + bz * au)) • (av • y + bv • q) ∈
    (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}
tactic: refine ⟨(az * av / (az * av + bz * au)) • (au • x + bu • p) +
    (bz * au / (az * av + bz * au)) • (av • y + bv • q), ⟨_, _, ?_, ?_, ?_, rfl⟩, ?_⟩
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.refine_4
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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
⊢ (az * av / (az * av + bz * au)) • (au • x + bu • p) + (bz * au / (az * av + bz * au)) • (av • y + bv • q) ∈
    (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.refine_4
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
ι : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s t : Set 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
⊢ (az * av / (az * av + bz * au) * bu) • p + (bz * au / (az * av + bz * au) * bv) • q +
      ((az * av / (az * av + bz * au)) • au • x + (bz * au / (az * av + bz * au)) • av • y) ∈
    (convexHull 𝕜) {p, q, az • x + bz • y}
tactic: rw [smul_add, smul_add, add_add_add_comm, add_comm, ← mul_smul, ← mul_smul]