Theorem: Module.Dual.eq_of_preReflection_mapsTo
File: Mathlib/LinearAlgebra/Reflection.lean

tactic: let u := reflection hg₁ * reflection hf₁
state_before: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
⊢ f = g
state_after: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
⊢ f = g

tactic: have hu : u = LinearMap.id (R := R) (M := M) + (f - g).smulRight x := by
  ext y
  simp only [u, reflection_apply, hg₁, two_smul, LinearEquiv.coe_toLinearMap_mul,
    LinearMap.id_coe, LinearEquiv.coe_coe, LinearMap.mul_apply, LinearMap.add_apply, id_eq,
    LinearMap.coe_smulRight, LinearMap.sub_apply, map_sub, map_smul, sub_add_cancel_left,
    smul_neg, sub_neg_eq_add, sub_smul]
  abel
state_before: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
⊢ f = g
state_after: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
⊢ f = g

tactic: replace hu : ∀ (n : ℕ),
    ↑(u ^ n) = LinearMap.id (R := R) (M := M) + (n : R) • (f - g).smulRight x := by
  intros n
  induction n with
  | zero => simp
  | succ n ih =>
    have : ((f - g).smulRight x).comp ((n : R) • (f - g).smulRight x) = 0 := by
      ext; simp [hf₁, hg₁]
    rw [pow_succ', LinearEquiv.coe_toLinearMap_mul, ih, hu, add_mul, mul_add, mul_add]
    simp_rw [LinearMap.mul_eq_comp, LinearMap.comp_id, LinearMap.id_comp, this, add_zero,
      add_assoc, Nat.cast_succ, add_smul, one_smul]
state_before: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
⊢ f = g
state_after: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ∀ (n : ℕ), ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
⊢ f = g

tactic: suffices IsOfFinOrder u by
  obtain ⟨n, hn₀, hn₁⟩ := isOfFinOrder_iff_pow_eq_one.mp this
  replace hn₁ : (↑(u ^ n) : M →ₗ[R] M) = LinearMap.id := LinearEquiv.toLinearMap_inj.mpr hn₁
  simpa [hn₁, hn₀.ne', hx, sub_eq_zero] using hu n
state_before: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ∀ (n : ℕ), ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
⊢ f = g
state_after: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ∀ (n : ℕ), ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
⊢ IsOfFinOrder u

tactic: exact u.isOfFinOrder_of_finite_of_span_eq_top_of_mapsTo hΦ₁ hΦ₂ (hg₂.comp hf₂)
state_before: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ∀ (n : ℕ), ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
⊢ IsOfFinOrder u
state_after: no goals

tactic: ext y
state_before: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
⊢ ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
state_after: case h
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y✝ : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
y : M
⊢ ↑u y = (LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x) y

tactic: simp only [u, reflection_apply, hg₁, two_smul, LinearEquiv.coe_toLinearMap_mul,
  LinearMap.id_coe, LinearEquiv.coe_coe, LinearMap.mul_apply, LinearMap.add_apply, id_eq,
  LinearMap.coe_smulRight, LinearMap.sub_apply, map_sub, map_smul, sub_add_cancel_left,
  smul_neg, sub_neg_eq_add, sub_smul]
state_before: case h
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y✝ : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
y : M
⊢ ↑u y = (LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x) y
state_after: case h
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y✝ : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
y : M
⊢ y - g y • x + f y • x = y + (f y • x - g y • x)

tactic: abel
state_before: case h
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y✝ : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
y : M
⊢ y - g y • x + f y • x = y + (f y • x - g y • x)
state_after: no goals

tactic: intros n
state_before: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
⊢ ∀ (n : ℕ), ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
state_after: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
n : ℕ
⊢ ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x

tactic: induction n with
| zero => simp
| succ n ih =>
  have : ((f - g).smulRight x).comp ((n : R) • (f - g).smulRight x) = 0 := by
    ext; simp [hf₁, hg₁]
  rw [pow_succ', LinearEquiv.coe_toLinearMap_mul, ih, hu, add_mul, mul_add, mul_add]
  simp_rw [LinearMap.mul_eq_comp, LinearMap.comp_id, LinearMap.id_comp, this, add_zero,
    add_assoc, Nat.cast_succ, add_smul, one_smul]
state_before: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
n : ℕ
⊢ ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
state_after: no goals

tactic: simp
state_before: case zero
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
⊢ ↑(u ^ 0) = LinearMap.id + ↑0 • LinearMap.smulRight (f - g) x
state_after: no goals

tactic: have : ((f - g).smulRight x).comp ((n : R) • (f - g).smulRight x) = 0 := by
  ext; simp [hf₁, hg₁]
state_before: case succ
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
n : ℕ
ih : ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
⊢ ↑(u ^ (n + 1)) = LinearMap.id + ↑(n + 1) • LinearMap.smulRight (f - g) x
state_after: case succ
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
n : ℕ
ih : ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
this : LinearMap.smulRight (f - g) x ∘ₗ (↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x) = 0
⊢ ↑(u ^ (n + 1)) = LinearMap.id + ↑(n + 1) • LinearMap.smulRight (f - g) x

tactic: rw [pow_succ', LinearEquiv.coe_toLinearMap_mul, ih, hu, add_mul, mul_add, mul_add]
state_before: case succ
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
n : ℕ
ih : ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
this : LinearMap.smulRight (f - g) x ∘ₗ (↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x) = 0
⊢ ↑(u ^ (n + 1)) = LinearMap.id + ↑(n + 1) • LinearMap.smulRight (f - g) x
state_after: case succ
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
n : ℕ
ih : ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
this : LinearMap.smulRight (f - g) x ∘ₗ (↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x) = 0
⊢ LinearMap.id * LinearMap.id + LinearMap.id * ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x +
      (LinearMap.smulRight (f - g) x * LinearMap.id +
        LinearMap.smulRight (f - g) x * ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x) =
    LinearMap.id + ↑(n + 1) • LinearMap.smulRight (f - g) x

tactic: simp_rw [LinearMap.mul_eq_comp, LinearMap.comp_id, LinearMap.id_comp, this, add_zero,
  add_assoc, Nat.cast_succ, add_smul, one_smul]
state_before: case succ
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
n : ℕ
ih : ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
this : LinearMap.smulRight (f - g) x ∘ₗ (↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x) = 0
⊢ LinearMap.id * LinearMap.id + LinearMap.id * ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x +
      (LinearMap.smulRight (f - g) x * LinearMap.id +
        LinearMap.smulRight (f - g) x * ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x) =
    LinearMap.id + ↑(n + 1) • LinearMap.smulRight (f - g) x
state_after: no goals

tactic: ext
state_before: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
n : ℕ
ih : ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
⊢ LinearMap.smulRight (f - g) x ∘ₗ (↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x) = 0
state_after: case h
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝¹ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
n : ℕ
ih : ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
x✝ : M
⊢ (LinearMap.smulRight (f - g) x ∘ₗ (↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x)) x✝ = 0 x✝

tactic: simp [hf₁, hg₁]
state_before: case h
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝¹ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ↑u = LinearMap.id + LinearMap.smulRight (f - g) x
n : ℕ
ih : ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
x✝ : M
⊢ (LinearMap.smulRight (f - g) x ∘ₗ (↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x)) x✝ = 0 x✝
state_after: no goals

tactic: obtain ⟨n, hn₀, hn₁⟩ := isOfFinOrder_iff_pow_eq_one.mp this
state_before: R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ∀ (n : ℕ), ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
this : IsOfFinOrder u
⊢ f = g
state_after: case intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ∀ (n : ℕ), ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
this : IsOfFinOrder u
n : ℕ
hn₀ : 0 < n
hn₁ : u ^ n = 1
⊢ f = g

tactic: replace hn₁ : (↑(u ^ n) : M →ₗ[R] M) = LinearMap.id := LinearEquiv.toLinearMap_inj.mpr hn₁
state_before: case intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ∀ (n : ℕ), ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
this : IsOfFinOrder u
n : ℕ
hn₀ : 0 < n
hn₁ : u ^ n = 1
⊢ f = g
state_after: case intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ∀ (n : ℕ), ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
this : IsOfFinOrder u
n : ℕ
hn₀ : 0 < n
hn₁ : ↑(u ^ n) = LinearMap.id
⊢ f = g

tactic: simpa [hn₁, hn₀.ne', hx, sub_eq_zero] using hu n
state_before: case intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
x✝ : M
f✝ : Dual R M
y : M
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
x : M
hx : x ≠ 0
Φ : Set M
hΦ₁ : Φ.Finite
hΦ₂ : span R Φ = ⊤
f g : Dual R M
hf₁ : f x = 2
hf₂ : MapsTo (⇑(preReflection x f)) Φ Φ
hg₁ : g x = 2
hg₂ : MapsTo (⇑(preReflection x g)) Φ Φ
u : M ≃ₗ[R] M := reflection hg₁ * reflection hf₁
hu : ∀ (n : ℕ), ↑(u ^ n) = LinearMap.id + ↑n • LinearMap.smulRight (f - g) x
this : IsOfFinOrder u
n : ℕ
hn₀ : 0 < n
hn₁ : ↑(u ^ n) = LinearMap.id
⊢ f = g
state_after: no goals