-- Lean 4 proof step from Mathlib.LinearAlgebra.FreeModule.PID (goal)
Goal:
ι : Type u_1
R : Type u_2
inst : CommRing R
inst_1 : IsPrincipalIdealRing R
inst_2 : IsDomain R
inst_3 : Finite ι
O : Type u_4
inst_4 : AddCommGroup O
inst_5 : Module R O
M N : Submodule R O
b'M : Basis.{u_1, u_2, u_4} ι R ↥M
N_bot : N ≠ ⊥
N_le_M : N ≤ M
this :
  ∃ (ϕ : LinearMap.{u_2, u_2, u_4, u_2} (RingHom.id R) (↥M) R),
    ∀ (ψ : LinearMap.{u_2, u_2, u_4, u_2} (RingHom.id R) (↥M) R), ¬ϕ.submoduleImage N < ψ.submoduleImage N
ϕ : LinearMap.{u_2, u_2, u_4, u_2} (RingHom.id R) (↥M) R :=
  this.choose (p := fun (ϕ : LinearMap.{u_2, u_2, u_4, u_2} (RingHom.id R) (↥M) R) ↦
    ∀ (ψ : LinearMap.{u_2, u_2, u_4, u_2} (RingHom.id R) (↥M) R), ¬ϕ.submoduleImage N < ψ.submoduleImage N)
ϕ_max :
  ∀ (ψ : LinearMap.{u_2, u_2, u_4, u_2} (RingHom.id R) (↥M) R),
    ¬this.choose (p := fun (ϕ : LinearMap.{u_2, u_2, u_4, u_2} (RingHom.id R) (↥M) R) ↦
              ∀ (ψ : LinearMap.{u_2, u_2, u_4, u_2} (RingHom.id R) (↥M) R),
                ¬ϕ.submoduleImage N < ψ.submoduleImage N).submoduleImage
          N <
        ψ.submoduleImage N
a : R := generator (ϕ.submoduleImage N)
a_mem : a ∈ ϕ.submoduleImage N
a_zero : ¬a = 0
y : O
yN : y ∈ N
ϕy_eq : (ϕ : (a : ↥M) → R) (Subtype.mk (p := fun (x : O) ↦ x ∈ M) y ⋯) = a
c : (i : ι) → R
hc : ∀ (i : ι), (b'M.coord i : (a : ↥M) → R) (Subtype.mk (p := fun (x : O) ↦ x ∈ M) y ⋯) = a * c i
⊢ ∃ y ∈ M,
    ∃ (a : R),
      a • y ∈ N ∧
        ∃ M' ≤ M,
          ∃ N' ≤ N,
            N' ≤ M' ∧
              (∀ (c : R), ∀ z ∈ M', c • y + z = 0 → c = 0) ∧
                (∀ (c : R), ∀ z ∈ N', c • a • y + z = 0 → c = 0) ∧
                  ∀ (n' : ℕ) (bN' : Basis.{0, u_2, u_4} (Fin n') R ↥N'),
                    ∃ (bN : Basis.{0, u_2, u_4} (Fin (n' + 1)) R ↥N),
                      ∀ (m' : ℕ) (hn'm' : n' ≤ m') (bM' : Basis.{0, u_2, u_4} (Fin m') R ↥M'),
                        ∃ (hnm : n' + 1 ≤ m' + 1) (bM : Basis.{0, u_2, u_4} (Fin (m' + 1)) R ↥M),
                          ∀ (as : Fin n' → R),
                            (∀ (i : Fin n'),
                                (↑((bN' : (a : Fin n') → ↥N') i) : O) =
                                  HSMul.hSMul (β := O) (as i)
                                    (↑((bM' : (a : Fin m') → ↥M') (Fin.castLE hn'm' i)) : O)) →
                              ∃ (as' : Fin (n' + 1) → R),
                                ∀ (i : Fin (n' + 1)),
                                  (↑((bN : (a : Fin (n' + 1)) → ↥N) i) : O) =
                                    HSMul.hSMul (β := O) (as' i)
                                      (↑((bM : (a : Fin (m' + 1)) → ↥M) (Fin.castLE hnm i)) : O)
have neg : ∀ (val : Fintype ι),
  ∃ y ∈ M,
    ∃ (a : R),
      a • y ∈ N ∧
        ∃ M' ≤ M,
          ∃ N' ≤ N,
            N' ≤ M' ∧
              (∀ (c : R), ∀ z ∈ M', c • y + z = 0 → c = 0) ∧
                (∀ (c : R), ∀ z ∈ N', c • a • y + z = 0 → c = 0) ∧
                  ∀ (n' : ℕ) (bN' : Basis.{0, u_2, u_4} (Fin n') R ↥N'),
                    ∃ (bN : Basis.{0, u_2, u_4} (Fin (n' + 1)) R ↥N),
                      ∀ (m' : ℕ) (hn'm' : n' ≤ m') (bM' : Basis.{0, u_2, u_4} (Fin m') R ↥M'),
                        ∃ (hnm : n' + 1 ≤ m' + 1) (bM : Basis.{0, u_2, u_4} (Fin (m' + 1)) R ↥M),
                          ∀ (as : Fin n' → R),
                            (∀ (i : Fin n'),
                                (↑((bN' : (a : Fin n') → ↥N') i) : O) =
                                  HSMul.hSMul (β := O) (as i)
                                    (↑((bM' : (a : Fin m') → ↥M') (Fin.castLE hn'm' i)) : O)) →
                              ∃ (as' : Fin (n' + 1) → R),
                                ∀ (i : Fin (n' + 1)),
                                  (↑((bN : (a : Fin (n' + 1)) → ↥N) i) : O) =
                                    HSMul.hSMul (β := O) (as' i)
                                      (↑((bM : (a : Fin (m' + 1)) → ↥M) (Fin.castLE hnm i)) : O)
Tactic: cases nonempty_fintype ι