Theorem: convexJoin_assoc_aux
File: Mathlib/Analysis/Convex/Join.lean

Proof steps:
state_before: ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x y : E
s t u : Set E
⊢ convexJoin 𝕜 (convexJoin 𝕜 s t) u ⊆ convexJoin 𝕜 s (convexJoin 𝕜 t u)
state_after: ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x y : E
s t u : Set E
⊢ ∀ (x : E),
    (∃ a, (∃ a_1 ∈ s, ∃ b ∈ t, a ∈ segment 𝕜 a_1 b) ∧ ∃ b ∈ u, x ∈ segment 𝕜 a b) →
      ∃ a ∈ s, ∃ b, (∃ a ∈ t, ∃ b_1 ∈ u, b ∈ segment 𝕜 a b_1) ∧ x ∈ segment 𝕜 a b
tactic: simp_rw [subset_def, mem_convexJoin]
state_before: ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x y : E
s t u : Set E
⊢ ∀ (x : E),
    (∃ a, (∃ a_1 ∈ s, ∃ b ∈ t, a ∈ segment 𝕜 a_1 b) ∧ ∃ b ∈ u, x ∈ segment 𝕜 a b) →
      ∃ a ∈ s, ∃ b, (∃ a ∈ t, ∃ b_1 ∈ u, b ∈ segment 𝕜 a b_1) ∧ x ∈ segment 𝕜 a b
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ b₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂ : 0 ≤ b₂
hab₂ : a₂ + b₂ = 1
⊢ ∃ a ∈ s, ∃ b, (∃ a ∈ t, ∃ b_1 ∈ u, b ∈ segment 𝕜 a b_1) ∧ a₂ • (a₁ • x + b₁ • y) + b₂ • z ∈ segment 𝕜 a b
tactic: rintro _ ⟨z, ⟨x, hx, y, hy, a₁, b₁, ha₁, hb₁, hab₁, rfl⟩, z, hz, a₂, b₂, ha₂, hb₂, hab₂, rfl⟩
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ b₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂ : 0 ≤ b₂
hab₂ : a₂ + b₂ = 1
⊢ ∃ a ∈ s, ∃ b, (∃ a ∈ t, ∃ b_1 ∈ u, b ∈ segment 𝕜 a b_1) ∧ a₂ • (a₁ • x + b₁ • y) + b₂ • z ∈ segment 𝕜 a b
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.inl
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂ : 0 ≤ 0
hab₂ : a₂ + 0 = 1
⊢ ∃ a ∈ s, ∃ b, (∃ a ∈ t, ∃ b_1 ∈ u, b ∈ segment 𝕜 a b_1) ∧ a₂ • (a₁ • x + b₁ • y) + 0 • z ∈ segment 𝕜 a b

case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.inr
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ b₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂✝ : 0 ≤ b₂
hab₂ : a₂ + b₂ = 1
hb₂ : 0 < b₂
⊢ ∃ a ∈ s, ∃ b, (∃ a ∈ t, ∃ b_1 ∈ u, b ∈ segment 𝕜 a b_1) ∧ a₂ • (a₁ • x + b₁ • y) + b₂ • z ∈ segment 𝕜 a b
tactic: obtain rfl | hb₂ := hb₂.eq_or_lt
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.inr
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ b₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂✝ : 0 ≤ b₂
hab₂ : a₂ + b₂ = 1
hb₂ : 0 < b₂
⊢ ∃ a ∈ s, ∃ b, (∃ a ∈ t, ∃ b_1 ∈ u, b ∈ segment 𝕜 a b_1) ∧ a₂ • (a₁ • x + b₁ • y) + b₂ • z ∈ segment 𝕜 a b
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.inr
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ b₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂✝ : 0 ≤ b₂
hab₂ : a₂ + b₂ = 1
hb₂ : 0 < b₂
ha₂b₁ : 0 ≤ a₂ * b₁
⊢ ∃ a ∈ s, ∃ b, (∃ a ∈ t, ∃ b_1 ∈ u, b ∈ segment 𝕜 a b_1) ∧ a₂ • (a₁ • x + b₁ • y) + b₂ • z ∈ segment 𝕜 a b
tactic: have ha₂b₁ : 0 ≤ a₂ * b₁ := mul_nonneg ha₂ hb₁
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.inr
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ b₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂✝ : 0 ≤ b₂
hab₂ : a₂ + b₂ = 1
hb₂ : 0 < b₂
ha₂b₁ : 0 ≤ a₂ * b₁
⊢ ∃ a ∈ s, ∃ b, (∃ a ∈ t, ∃ b_1 ∈ u, b ∈ segment 𝕜 a b_1) ∧ a₂ • (a₁ • x + b₁ • y) + b₂ • z ∈ segment 𝕜 a b
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.inr
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ b₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂✝ : 0 ≤ b₂
hab₂ : a₂ + b₂ = 1
hb₂ : 0 < b₂
ha₂b₁ : 0 ≤ a₂ * b₁
hab : 0 < a₂ * b₁ + b₂
⊢ ∃ a ∈ s, ∃ b, (∃ a ∈ t, ∃ b_1 ∈ u, b ∈ segment 𝕜 a b_1) ∧ a₂ • (a₁ • x + b₁ • y) + b₂ • z ∈ segment 𝕜 a b
tactic: have hab : 0 < a₂ * b₁ + b₂ := add_pos_of_nonneg_of_pos ha₂b₁ hb₂
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.inr
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ b₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂✝ : 0 ≤ b₂
hab₂ : a₂ + b₂ = 1
hb₂ : 0 < b₂
ha₂b₁ : 0 ≤ a₂ * b₁
hab : 0 < a₂ * b₁ + b₂
⊢ ∃ a ∈ s, ∃ b, (∃ a ∈ t, ∃ b_1 ∈ u, b ∈ segment 𝕜 a b_1) ∧ a₂ • (a₁ • x + b₁ • y) + b₂ • z ∈ segment 𝕜 a b
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.inr.refine_1
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ b₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂✝ : 0 ≤ b₂
hab₂ : a₂ + b₂ = 1
hb₂ : 0 < b₂
ha₂b₁ : 0 ≤ a₂ * b₁
hab : 0 < a₂ * b₁ + b₂
⊢ 0 ≤ a₂ * b₁ / (a₂ * b₁ + b₂)

case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.inr.refine_2
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ b₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂✝ : 0 ≤ b₂
hab₂ : a₂ + b₂ = 1
hb₂ : 0 < b₂
ha₂b₁ : 0 ≤ a₂ * b₁
hab : 0 < a₂ * b₁ + b₂
⊢ 0 ≤ b₂ / (a₂ * b₁ + b₂)

case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.inr.refine_3
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ b₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂✝ : 0 ≤ b₂
hab₂ : a₂ + b₂ = 1
hb₂ : 0 < b₂
ha₂b₁ : 0 ≤ a₂ * b₁
hab : 0 < a₂ * b₁ + b₂
⊢ a₂ * b₁ / (a₂ * b₁ + b₂) + b₂ / (a₂ * b₁ + b₂) = 1

case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.inr.refine_4
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ b₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂✝ : 0 ≤ b₂
hab₂ : a₂ + b₂ = 1
hb₂ : 0 < b₂
ha₂b₁ : 0 ≤ a₂ * b₁
hab : 0 < a₂ * b₁ + b₂
⊢ a₂ * a₁ + (a₂ * b₁ + b₂) = 1

case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.inr.refine_5
ι : Sort u_1
𝕜 : Type u_2
E : Type u_3
inst✝² : LinearOrderedField 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup E
inst✝ : Module 𝕜 E
s✝ t✝ u✝ : Set E
x✝ y✝ : E
s t u : Set E
x : E
hx : x ∈ s
y : E
hy : y ∈ t
a₁ b₁ : 𝕜
ha₁ : 0 ≤ a₁
hb₁ : 0 ≤ b₁
hab₁ : a₁ + b₁ = 1
z : E
hz : z ∈ u
a₂ b₂ : 𝕜
ha₂ : 0 ≤ a₂
hb₂✝ : 0 ≤ b₂
hab₂ : a₂ + b₂ = 1
hb₂ : 0 < b₂
ha₂b₁ : 0 ≤ a₂ * b₁
hab : 0 < a₂ * b₁ + b₂
⊢ (a₂ * a₁) • x + (a₂ * b₁ + b₂) • ((a₂ * b₁ / (a₂ * b₁ + b₂)) • y + (b₂ / (a₂ * b₁ + b₂)) • z) =
    a₂ • (a₁ • x + b₁ • y) + b₂ • z
tactic: refine
    ⟨x, hx, (a₂ * b₁ / (a₂ * b₁ + b₂)) • y + (b₂ / (a₂ * b₁ + b₂)) • z,
      ⟨y, hy, z, hz, _, _, ?_, ?_, ?_, rfl⟩,
      a₂ * a₁, a₂ * b₁ + b₂, mul_nonneg ha₂ ha₁, hab.le, ?_, ?_⟩