Theorem: Ideal.mem_iInf_smul_pow_eq_bot_iff
File: Mathlib/RingTheory/Filtration.lean

tactic: let N := (⨅ i : ℕ, I ^ i • ⊤ : Submodule R M)
state_before: R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ ↔ ∃ r, ↑r • x = x
state_after: R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ ↔ ∃ r, ↑r • x = x

tactic: have hN : ∀ k, (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N :=
  fun k => inf_eq_right.mpr ((iInf_le _ k).trans <| le_of_eq <| by simp)
state_before: R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ ↔ ∃ r, ↑r • x = x
state_after: R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ ↔ ∃ r, ↑r • x = x

tactic: constructor
state_before: R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ ↔ ∃ r, ↑r • x = x
state_after: case mp
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ → ∃ r, ↑r • x = x

case mpr
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
⊢ (∃ r, ↑r • x = x) → x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤

tactic: simp
state_before: R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
k : ℕ
⊢ I ^ k • ⊤ = (I.stableFiltration ⊤).N k
state_after: no goals

tactic: obtain ⟨r, hr₁, hr₂⟩ :=
  Submodule.exists_mem_and_smul_eq_self_of_fg_of_le_smul I N (IsNoetherian.noetherian N) (by
    obtain ⟨k, hk⟩ := (I.stableFiltration_stable ⊤).inter_right (I.trivialFiltration N)
    have := hk k (le_refl _)
    rw [hN, hN] at this
    exact le_of_eq this.symm)
state_before: case mp
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ → ∃ r, ↑r • x = x
state_after: case mp.intro.intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : R
hr₁ : r ∈ I
hr₂ : ∀ n ∈ N, r • n = n
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ → ∃ r, ↑r • x = x

tactic: intro H
state_before: case mp.intro.intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : R
hr₁ : r ∈ I
hr₂ : ∀ n ∈ N, r • n = n
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ → ∃ r, ↑r • x = x
state_after: case mp.intro.intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : R
hr₁ : r ∈ I
hr₂ : ∀ n ∈ N, r • n = n
H : x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤
⊢ ∃ r, ↑r • x = x

tactic: exact ⟨⟨r, hr₁⟩, hr₂ _ H⟩
state_before: case mp.intro.intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : R
hr₁ : r ∈ I
hr₂ : ∀ n ∈ N, r • n = n
H : x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤
⊢ ∃ r, ↑r • x = x
state_after: no goals

tactic: obtain ⟨k, hk⟩ := (I.stableFiltration_stable ⊤).inter_right (I.trivialFiltration N)
state_before: R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
⊢ N ≤ I • N
state_after: case intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
k : ℕ
hk :
  ∀ n ≥ k,
    I • (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N n = (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N (n + 1)
⊢ N ≤ I • N

tactic: have := hk k (le_refl _)
state_before: case intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
k : ℕ
hk :
  ∀ n ≥ k,
    I • (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N n = (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N (n + 1)
⊢ N ≤ I • N
state_after: case intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
k : ℕ
hk :
  ∀ n ≥ k,
    I • (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N n = (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N (n + 1)
this : I • (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N (k + 1)
⊢ N ≤ I • N

tactic: rw [hN, hN] at this
state_before: case intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
k : ℕ
hk :
  ∀ n ≥ k,
    I • (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N n = (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N (n + 1)
this : I • (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N (k + 1)
⊢ N ≤ I • N
state_after: case intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
k : ℕ
hk :
  ∀ n ≥ k,
    I • (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N n = (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N (n + 1)
this : I • N = N
⊢ N ≤ I • N

tactic: exact le_of_eq this.symm
state_before: case intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
k : ℕ
hk :
  ∀ n ≥ k,
    I • (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N n = (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N (n + 1)
this : I • N = N
⊢ N ≤ I • N
state_after: no goals

tactic: rintro ⟨r, eq⟩
state_before: case mpr
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
⊢ (∃ r, ↑r • x = x) → x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤
state_after: case mpr.intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤

tactic: rw [Submodule.mem_iInf]
state_before: case mpr.intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤
state_after: case mpr.intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
⊢ ∀ (i : ℕ), x ∈ I ^ i • ⊤

tactic: intro i
state_before: case mpr.intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
⊢ ∀ (i : ℕ), x ∈ I ^ i • ⊤
state_after: case mpr.intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
i : ℕ
⊢ x ∈ I ^ i • ⊤

tactic: induction' i with i hi
state_before: case mpr.intro
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
i : ℕ
⊢ x ∈ I ^ i • ⊤
state_after: case mpr.intro.zero
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
⊢ x ∈ I ^ 0 • ⊤

case mpr.intro.succ
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
i : ℕ
hi : x ∈ I ^ i • ⊤
⊢ x ∈ I ^ (i + 1) • ⊤

tactic: simp
state_before: case mpr.intro.zero
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
⊢ x ∈ I ^ 0 • ⊤
state_after: no goals

tactic: rw [add_comm, pow_add, ← smul_smul, pow_one, ← eq]
state_before: case mpr.intro.succ
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
i : ℕ
hi : x ∈ I ^ i • ⊤
⊢ x ∈ I ^ (i + 1) • ⊤
state_after: case mpr.intro.succ
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
i : ℕ
hi : x ∈ I ^ i • ⊤
⊢ ↑r • x ∈ I • I ^ i • ⊤

tactic: exact Submodule.smul_mem_smul r.prop hi
state_before: case mpr.intro.succ
R M : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
F F' : I.Filtration M
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
i : ℕ
hi : x ∈ I ^ i • ⊤
⊢ ↑r • x ∈ I • I ^ i • ⊤
state_after: no goals