-- Mathlib/RingTheory/Flat/FaithfullyFlat/Basic.lean
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If `M` is faithfully flat, then exactness of `N₁ ⊗ M -> N₂ ⊗ M -> N₃ ⊗ M` implies that the
composition `N₁ -> N₂ -> N₃` is `0`.

Implementation detail, please use `rTensor_reflects_exact` instead.
-/
lemma range_le_ker_of_exact_rTensor [fl : FaithfullyFlat R M]
    (ex : Function.Exact (l12.rTensor M) (l23.rTensor M)) :
    LinearMap.range l12 ≤ LinearMap.ker l23

Proof state:
case h
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
x : ↥E ⊗[R] M
⊢ x ∈ ⊤ ↔ x ∈ ⊥

Tactic:
simp only [Submodule.mem_top, Submodule.mem_bot, true_iff]

Result:
case h
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
x : ↥E ⊗[R] M
⊢ x = 0

Proof state:
case intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
eq0 : ⊤ = ⊥
this : Subsingleton (↥E ⊗[R] M)
⊢ False

Tactic:
exact not_subsingleton_iff_nontrivial.2 inferInstance <| fl.rTensor_reflects_triviality R M E

Result:
no goals

Proof state:
case h
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
x : ↥E ⊗[R] M
mem : x ∈ ⊤
⊢ x = 0

Tactic:
rw [← TensorProduct.span_tmul_eq_top, mem_span_set] at mem

Result:
case h
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
x : ↥E ⊗[R] M
mem : ∃ c, ↑c.support ⊆ {t | ∃ m n, m ⊗ₜ[R] n = t} ∧ (c.sum fun mi r => r • mi) = x
⊢ x = 0

Proof state:
case h
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
x : ↥E ⊗[R] M
mem : ∃ c, ↑c.support ⊆ {t | ∃ m n, m ⊗ₜ[R] n = t} ∧ (c.sum fun mi r => r • mi) = x
⊢ x = 0

Tactic:
obtain ⟨c, hc, rfl⟩ := mem

Result:
case h.intro.intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
c : ↥E ⊗[R] M →₀ R
hc : ↑c.support ⊆ {t | ∃ m n, m ⊗ₜ[R] n = t}
⊢ (c.sum fun mi r => r • mi) = 0

Proof state:
case h
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
x : ↥E ⊗[R] M
⊢ x = 0

Tactic:
have mem : x ∈ (⊤ : Submodule R _) := ⟨⟩

Result:
case h
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
x : ↥E ⊗[R] M
mem : x ∈ ⊤
⊢ x = 0

Proof state:
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
⊢ ⊤ = ⊥

Tactic:
ext x

Result:
case h
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
x : ↥E ⊗[R] M
⊢ x ∈ ⊤ ↔ x ∈ ⊥