-- Mathlib/FieldTheory/Extension.lean
theorem nonempty_algHom_of_exist_lifts_finset [alg : Algebra.IsAlgebraic F E]
    (h : ∀ S : Finset E, ∃ σ : Lifts F E K, (S : Set E) ⊆ σ.carrier) :
    Nonempty (E →ₐ[F] K)

Proof state:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝¹ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
L : Λ → Lifts F E K := fun σ => { carrier := restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯, emb := AlgHom.restrictScalars F σ }
⊢ False

Tactic:
have hL (σ : Λ) : ϕ < L σ := lt_iff.mpr
  ⟨by simpa only [L, restrictScalars_adjoin_eq_sup, left_lt_sup, adjoin_simple_le_iff],
    AlgHom.coe_ringHom_injective σ.comp_algebraMap⟩

Result:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝¹ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
L : Λ → Lifts F E K := fun σ => { carrier := restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯, emb := AlgHom.restrictScalars F σ }
hL : ∀ (σ : Λ), ϕ < L σ
⊢ False

Proof state:
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this : ⊥.IsExtendible
⊢ Nonempty (E →ₐ[F] K)

Tactic:
have ⟨ϕ, hϕ⟩ := zorn_le₀ {ϕ : Lifts F E K | ϕ.IsExtendible}
  fun c hext hc ↦ (isEmpty_or_nonempty c).elim
    (fun _ ↦ ⟨⊥, this, fun ϕ hϕ ↦ isEmptyElim (⟨ϕ, hϕ⟩ : c)⟩)
    fun _ ↦ ⟨_, union_isExtendible c hc hext, le_union c hc⟩

Result:
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
⊢ Nonempty (E →ₐ[F] K)

Proof state:
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this : ϕ.carrier ≠ ⊤
⊢ False

Tactic:
obtain ⟨α, -, hα⟩ := SetLike.exists_of_lt this.lt_top

Result:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
⊢ False

Proof state:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝¹ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
L : Λ → Lifts F E K := fun σ => { carrier := restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯, emb := AlgHom.restrictScalars F σ }
hL : ∀ (σ : Λ), ϕ < L σ
⊢ False

Tactic:
have ⟨(ϕ_ext : ϕ.IsExtendible), ϕ_max⟩ := maximal_iff_forall_gt.mp hϕ

Result:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝¹ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
L : Λ → Lifts F E K := fun σ => { carrier := restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯, emb := AlgHom.restrictScalars F σ }
hL : ∀ (σ : Λ), ϕ < L σ
ϕ_ext : ϕ.IsExtendible
ϕ_max : ∀ ⦃y : Lifts F E K⦄, ϕ < y → y ∉ {ϕ | ϕ.IsExtendible}
⊢ False

Proof state:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝¹ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
L : Λ → Lifts F E K := fun σ => { carrier := restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯, emb := AlgHom.restrictScalars F σ }
hL : ∀ (σ : Λ), ϕ < L σ
ϕ_ext : ϕ.IsExtendible
ϕ_max : ∀ ⦃y : Lifts F E K⦄, ϕ < y → ∃ S, ∀ τ ≥ y, ¬↑S ⊆ ↑τ.carrier
S : Λ → Finset E
hS : ∀ (σ : Λ), ∀ τ ≥ L σ, ¬↑(S σ) ⊆ ↑τ.carrier
θ : Lifts F E K
hθϕ : θ ≥ ϕ
hθ : ↑({α} ∪ Finset.univ.biUnion S) ⊆ ↑θ.carrier
⊢ False

Tactic:
simp_rw [Finset.coe_union, Set.union_subset_iff, Finset.coe_singleton, Set.singleton_subset_iff,
  Finset.coe_biUnion, Finset.coe_univ, Set.mem_univ, Set.iUnion_true, Set.iUnion_subset_iff] at hθ

Result:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝¹ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
L : Λ → Lifts F E K := fun σ => { carrier := restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯, emb := AlgHom.restrictScalars F σ }
hL : ∀ (σ : Λ), ϕ < L σ
ϕ_ext : ϕ.IsExtendible
ϕ_max : ∀ ⦃y : Lifts F E K⦄, ϕ < y → ∃ S, ∀ τ ≥ y, ¬↑S ⊆ ↑τ.carrier
S : Λ → Finset E
hS : ∀ (σ : Λ), ∀ τ ≥ L σ, ¬↑(S σ) ⊆ ↑τ.carrier
θ : Lifts F E K
hθϕ : θ ≥ ϕ
hθ : α ∈ ↑θ.carrier ∧ ∀ (i : Λ), ↑(S i) ⊆ ↑θ.carrier
⊢ False

Proof state:
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝¹ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
L : Λ → Lifts F E K := fun σ => { carrier := restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯, emb := AlgHom.restrictScalars F σ }
σ : Λ
⊢ ϕ.carrier < (L σ).carrier

Tactic:
simpa only [L, restrictScalars_adjoin_eq_sup, left_lt_sup, adjoin_simple_le_iff]

Result:
no goals