-- Mathlib/Algebra/Lie/Weights/Basic.lean
@[simp]
lemma trace_toEnd_genWeightSpace [IsDomain R] [IsPrincipalIdealRing R]
    [Module.Free R M] [Module.Finite R M] (χ : L → R) (x : L) :
    trace R _ (toEnd R L (genWeightSpace M χ) x) = finrank R (genWeightSpace M χ) • χ x

Proof state:
R : Type u_2
L : Type u_3
M : Type u_4
inst✝¹¹ : CommRing R
inst✝¹⁰ : LieRing L
inst✝⁹ : LieAlgebra R L
inst✝⁸ : AddCommGroup M
inst✝⁷ : Module R M
inst✝⁶ : LieRingModule L M
inst✝⁵ : LieModule R L M
inst✝⁴ : LieRing.IsNilpotent L
inst✝³ : IsDomain R
inst✝² : IsPrincipalIdealRing R
inst✝¹ : Free R M
inst✝ : Module.Finite R M
χ : L → R
x : L
⊢ (trace R ↥(genWeightSpace M χ)) ((toEnd R L ↥(genWeightSpace M χ)) x) = finrank R ↥(genWeightSpace M χ) • χ x

Tactic:
suffices _root_.IsNilpotent ((toEnd R L (genWeightSpace M χ) x) - χ x • LinearMap.id) by
  replace this := (isNilpotent_trace_of_isNilpotent this).eq_zero
  rwa [map_sub, map_smul, trace_id, sub_eq_zero, smul_eq_mul, mul_comm,
    ← nsmul_eq_mul] at this

Result:
R : Type u_2
L : Type u_3
M : Type u_4
inst✝¹¹ : CommRing R
inst✝¹⁰ : LieRing L
inst✝⁹ : LieAlgebra R L
inst✝⁸ : AddCommGroup M
inst✝⁷ : Module R M
inst✝⁶ : LieRingModule L M
inst✝⁵ : LieModule R L M
inst✝⁴ : LieRing.IsNilpotent L
inst✝³ : IsDomain R
inst✝² : IsPrincipalIdealRing R
inst✝¹ : Free R M
inst✝ : Module.Finite R M
χ : L → R
x : L
⊢ _root_.IsNilpotent ((toEnd R L ↥(genWeightSpace M χ)) x - χ x • LinearMap.id)

Proof state:
R : Type u_2
L : Type u_3
M : Type u_4
inst✝¹¹ : CommRing R
inst✝¹⁰ : LieRing L
inst✝⁹ : LieAlgebra R L
inst✝⁸ : AddCommGroup M
inst✝⁷ : Module R M
inst✝⁶ : LieRingModule L M
inst✝⁵ : LieModule R L M
inst✝⁴ : LieRing.IsNilpotent L
inst✝³ : IsDomain R
inst✝² : IsPrincipalIdealRing R
inst✝¹ : Free R M
inst✝ : Module.Finite R M
χ : L → R
x : L
⊢ _root_.IsNilpotent ((toEnd R L ↥(genWeightSpace M χ)) x - (algebraMap R (End R ↥(genWeightSpace M χ))) (χ x))

Tactic:
exact isNilpotent_toEnd_sub_algebraMap M χ x

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u_2
L : Type u_3
M : Type u_4
inst✝¹¹ : CommRing R
inst✝¹⁰ : LieRing L
inst✝⁹ : LieAlgebra R L
inst✝⁸ : AddCommGroup M
inst✝⁷ : Module R M
inst✝⁶ : LieRingModule L M
inst✝⁵ : LieModule R L M
inst✝⁴ : LieRing.IsNilpotent L
inst✝³ : IsDomain R
inst✝² : IsPrincipalIdealRing R
inst✝¹ : Free R M
inst✝ : Module.Finite R M
χ : L → R
x : L
⊢ _root_.IsNilpotent ((toEnd R L ↥(genWeightSpace M χ)) x - χ x • LinearMap.id)

Tactic:
rw [← Module.algebraMap_end_eq_smul_id]

Result:
R : Type u_2
L : Type u_3
M : Type u_4
inst✝¹¹ : CommRing R
inst✝¹⁰ : LieRing L
inst✝⁹ : LieAlgebra R L
inst✝⁸ : AddCommGroup M
inst✝⁷ : Module R M
inst✝⁶ : LieRingModule L M
inst✝⁵ : LieModule R L M
inst✝⁴ : LieRing.IsNilpotent L
inst✝³ : IsDomain R
inst✝² : IsPrincipalIdealRing R
inst✝¹ : Free R M
inst✝ : Module.Finite R M
χ : L → R
x : L
⊢ _root_.IsNilpotent ((toEnd R L ↥(genWeightSpace M χ)) x - (algebraMap R (End R ↥(genWeightSpace M χ))) (χ x))

Proof state:
R : Type u_2
L : Type u_3
M : Type u_4
inst✝¹¹ : CommRing R
inst✝¹⁰ : LieRing L
inst✝⁹ : LieAlgebra R L
inst✝⁸ : AddCommGroup M
inst✝⁷ : Module R M
inst✝⁶ : LieRingModule L M
inst✝⁵ : LieModule R L M
inst✝⁴ : LieRing.IsNilpotent L
inst✝³ : IsDomain R
inst✝² : IsPrincipalIdealRing R
inst✝¹ : Free R M
inst✝ : Module.Finite R M
χ : L → R
x : L
this : (trace R ↥(genWeightSpace M χ)) ((toEnd R L ↥(genWeightSpace M χ)) x - χ x • LinearMap.id) = 0
⊢ (trace R ↥(genWeightSpace M χ)) ((toEnd R L ↥(genWeightSpace M χ)) x) = finrank R ↥(genWeightSpace M χ) • χ x

Tactic:
rwa [map_sub, map_smul, trace_id, sub_eq_zero, smul_eq_mul, mul_comm,
  ← nsmul_eq_mul] at this

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u_2
L : Type u_3
M : Type u_4
inst✝¹¹ : CommRing R
inst✝¹⁰ : LieRing L
inst✝⁹ : LieAlgebra R L
inst✝⁸ : AddCommGroup M
inst✝⁷ : Module R M
inst✝⁶ : LieRingModule L M
inst✝⁵ : LieModule R L M
inst✝⁴ : LieRing.IsNilpotent L
inst✝³ : IsDomain R
inst✝² : IsPrincipalIdealRing R
inst✝¹ : Free R M
inst✝ : Module.Finite R M
χ : L → R
x : L
this : _root_.IsNilpotent ((toEnd R L ↥(genWeightSpace M χ)) x - χ x • LinearMap.id)
⊢ (trace R ↥(genWeightSpace M χ)) ((toEnd R L ↥(genWeightSpace M χ)) x) = finrank R ↥(genWeightSpace M χ) • χ x

Tactic:
replace this := (isNilpotent_trace_of_isNilpotent this).eq_zero

Result:
R : Type u_2
L : Type u_3
M : Type u_4
inst✝¹¹ : CommRing R
inst✝¹⁰ : LieRing L
inst✝⁹ : LieAlgebra R L
inst✝⁸ : AddCommGroup M
inst✝⁷ : Module R M
inst✝⁶ : LieRingModule L M
inst✝⁵ : LieModule R L M
inst✝⁴ : LieRing.IsNilpotent L
inst✝³ : IsDomain R
inst✝² : IsPrincipalIdealRing R
inst✝¹ : Free R M
inst✝ : Module.Finite R M
χ : L → R
x : L
this : (trace R ↥(genWeightSpace M χ)) ((toEnd R L ↥(genWeightSpace M χ)) x - χ x • LinearMap.id) = 0
⊢ (trace R ↥(genWeightSpace M χ)) ((toEnd R L ↥(genWeightSpace M χ)) x) = finrank R ↥(genWeightSpace M χ) • χ x