-- Mathlib/Algebra/Algebra/Tower.lean
theorem span_smul_of_span_eq_top {s : Set S} (hs : span R s = ⊤) (t : Set A) :
    span R (s • t) = (span S t).restrictScalars R :=
  le_antisymm
    (span_le.2 fun _x ⟨p, _hps, _q, hqt, hpqx⟩ ↦ hpqx ▸ (span S t).smul_mem p (subset_span hqt))
    fun _ hp ↦ closure_induction (hx := hp) (zero_mem _) (fun _ _ _ _ ↦ add_mem) fun s0 y hy ↦ by
      refine span_induction (fun x hx ↦ subset_span <| by exact ⟨x, hx, y, hy, rfl⟩) ?_ ?_ ?_
        (hs ▸ mem_top : s0 ∈ span R s)
      · rw [zero_smul]; apply zero_mem
      · intro _ _ _ _; rw [add_smul]; apply add_mem
      · intro r s0 _ hy; rw [IsScalarTower.smul_assoc]; exact smul_mem _ r hy

Proof state:
case refine_2
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝ : A
hp : x✝ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0 : S
y : A
hy : y ∈ t
⊢ ∀ (x y_1 : S),
    x ∈ span R s → y_1 ∈ span R s → x • y ∈ span R (s • t) → y_1 • y ∈ span R (s • t) → (x + y_1) • y ∈ span R (s • t)

Tactic:
intro _ _ _ _

Result:
case refine_2
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝¹ : A
hp : x✝¹ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0 : S
y : A
hy : y ∈ t
x✝ y✝ : S
hx✝ : x✝ ∈ span R s
hy✝ : y✝ ∈ span R s
⊢ x✝ • y ∈ span R (s • t) → y✝ • y ∈ span R (s • t) → (x✝ + y✝) • y ∈ span R (s • t)

Proof state:
case refine_1
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝ : A
hp : x✝ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0 : S
y : A
hy : y ∈ t
⊢ 0 • y ∈ span R (s • t)

Tactic:
rw [zero_smul]

Result:
case refine_1
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝ : A
hp : x✝ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0 : S
y : A
hy : y ∈ t
⊢ 0 ∈ span R (s • t)

Proof state:
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝ : A
hp : x✝ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0 : S
y : A
hy : y ∈ t
x : S
hx : x ∈ s
⊢ x • y ∈ s • t

Tactic:
exact ⟨x, hx, y, hy, rfl⟩

Result:
no goals

Proof state:
case refine_2
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝¹ : A
hp : x✝¹ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0 : S
y : A
hy : y ∈ t
x✝ y✝ : S
hx✝ : x✝ ∈ span R s
hy✝ : y✝ ∈ span R s
⊢ x✝ • y ∈ span R (s • t) → y✝ • y ∈ span R (s • t) → x✝ • y + y✝ • y ∈ span R (s • t)

Tactic:
apply add_mem

Result:
no goals

Proof state:
case refine_3
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝ : A
hp : x✝ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0 : S
y : A
hy : y ∈ t
⊢ ∀ (a : R), ∀ x ∈ span R s, x • y ∈ span R (s • t) → (a • x) • y ∈ span R (s • t)

Tactic:
intro r s0 _ hy

Result:
case refine_3
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝ : A
hp : x✝ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0✝ : S
y : A
hy✝ : y ∈ t
r : R
s0 : S
hx✝ : s0 ∈ span R s
hy : s0 • y ∈ span R (s • t)
⊢ (r • s0) • y ∈ span R (s • t)

Proof state:
case refine_3
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝ : A
hp : x✝ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0✝ : S
y : A
hy✝ : y ∈ t
r : R
s0 : S
hx✝ : s0 ∈ span R s
hy : s0 • y ∈ span R (s • t)
⊢ (r • s0) • y ∈ span R (s • t)

Tactic:
rw [IsScalarTower.smul_assoc]

Result:
case refine_3
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝ : A
hp : x✝ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0✝ : S
y : A
hy✝ : y ∈ t
r : R
s0 : S
hx✝ : s0 ∈ span R s
hy : s0 • y ∈ span R (s • t)
⊢ r • s0 • y ∈ span R (s • t)

Proof state:
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝ : A
hp : x✝ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0 : S
y : A
hy : y ∈ t
⊢ s0 • y ∈ span R (s • t)

Tactic:
refine span_induction (fun x hx ↦ subset_span <| by exact ⟨x, hx, y, hy, rfl⟩) ?_ ?_ ?_
  (hs ▸ mem_top : s0 ∈ span R s)

Result:
case refine_1
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝ : A
hp : x✝ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0 : S
y : A
hy : y ∈ t
⊢ 0 • y ∈ span R (s • t)

case refine_2
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝ : A
hp : x✝ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0 : S
y : A
hy : y ∈ t
⊢ ∀ (x y_1 : S),
    x ∈ span R s → y_1 ∈ span R s → x • y ∈ span R (s • t) → y_1 • y ∈ span R (s • t) → (x + y_1) • y ∈ span R (s • t)

case refine_3
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝ : A
hp : x✝ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0 : S
y : A
hy : y ∈ t
⊢ ∀ (a : R), ∀ x ∈ span R s, x • y ∈ span R (s • t) → (a • x) • y ∈ span R (s • t)

Proof state:
case refine_3
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝ : A
hp : x✝ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0✝ : S
y : A
hy✝ : y ∈ t
r : R
s0 : S
hx✝ : s0 ∈ span R s
hy : s0 • y ∈ span R (s • t)
⊢ r • s0 • y ∈ span R (s • t)

Tactic:
exact smul_mem _ r hy

Result:
no goals

Proof state:
case refine_2
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝¹ : A
hp : x✝¹ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0 : S
y : A
hy : y ∈ t
x✝ y✝ : S
hx✝ : x✝ ∈ span R s
hy✝ : y✝ ∈ span R s
⊢ x✝ • y ∈ span R (s • t) → y✝ • y ∈ span R (s • t) → (x✝ + y✝) • y ∈ span R (s • t)

Tactic:
rw [add_smul]

Result:
case refine_2
R : Type u
S : Type v
A : Type w
inst✝⁶ : Semiring R
inst✝⁵ : Semiring S
inst✝⁴ : AddCommMonoid A
inst✝³ : Module R S
inst✝² : Module S A
inst✝¹ : Module R A
inst✝ : IsScalarTower R S A
s : Set S
hs : span R s = ⊤
t : Set A
x✝¹ : A
hp : x✝¹ ∈ restrictScalars R (span S t)
s0 : S
y : A
hy : y ∈ t
x✝ y✝ : S
hx✝ : x✝ ∈ span R s
hy✝ : y✝ ∈ span R s
⊢ x✝ • y ∈ span R (s • t) → y✝ • y ∈ span R (s • t) → x✝ • y + y✝ • y ∈ span R (s • t)