-- Mathlib/RingTheory/DiscreteValuationRing/TFAE.lean
theorem exists_maximalIdeal_pow_eq_of_principal [IsNoetherianRing R] [IsLocalRing R] [IsDomain R]
    (h' : (maximalIdeal R).IsPrincipal) (I : Ideal R) (hI : I ≠ ⊥) :
    ∃ n : ℕ, I = maximalIdeal R ^ n

Proof state:
case pos
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
s : R
hs₁ : s ∈ I
hs₂ : s ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
hs₃ : s = 0
⊢ s ∈ maximalIdeal R ^ Nat.find this

Tactic:
rw [hs₃]

Result:
case pos
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
s : R
hs₁ : s ∈ I
hs₂ : s ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
hs₃ : s = 0
⊢ 0 ∈ maximalIdeal R ^ Nat.find this

Proof state:
case neg.intro.intro.a.hx
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
n : ℕ
u : Rˣ
hs₁ : x ^ n ∈ I
hs₂ : x ^ n * ↑u ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
hs₃ : ¬x ^ n * ↑u = 0
⊢ x ∈ maximalIdeal R

Tactic:
exact (H _).mpr (dvd_refl _)

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h✝ : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
h : ∀ r ∈ I, r = 0
⊢ I ≤ ⊥

Tactic:
exact h

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
f : Multiset R
hf₂ : f ≠ ∅
this : ∀ b ∈ f, Associated x b
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) f.prod

Tactic:
induction' f using Multiset.induction with fa fs fh

Result:
case intro.intro.intro.empty
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
hf₂ : 0 ≠ ∅
this : ∀ b ∈ 0, Associated x b
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) (Multiset.prod 0)

case intro.intro.intro.cons
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
fa : R
fs : Multiset R
fh : fs ≠ ∅ → (∀ b ∈ fs, Associated x b) → ∃ n, Associated (x ^ n) fs.prod
hf₂ : fa ::ₘ fs ≠ ∅
this : ∀ b ∈ fa ::ₘ fs, Associated x b
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) (fa ::ₘ fs).prod

Proof state:
case pos
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
s : R
hs₁ : s ∈ I
hs₂ : s ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
hs₃ : s = 0
⊢ 0 ∈ maximalIdeal R ^ Nat.find this

Tactic:
exact zero_mem _

Result:
no goals

Proof state:
case neg
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
⊢ ∃ n, I = maximalIdeal R ^ n

Tactic:
use Nat.find this

Result:
case h
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
⊢ I = maximalIdeal R ^ Nat.find this

Proof state:
case h.a.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
s : R
hs₁ : s ∈ I
hs₂ : s ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
⊢ False

Tactic:
apply hs₂

Result:
case h.a.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
s : R
hs₁ : s ∈ I
hs₂ : s ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
⊢ s ∈ maximalIdeal R ^ Nat.find this

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
h' : Submodule.IsPrincipal (maximalIdeal R)
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
⊢ ∃ n, I = maximalIdeal R ^ n

Tactic:
by_cases h : IsField R

Result:
case pos
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
h' : Submodule.IsPrincipal (maximalIdeal R)
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : IsField R
⊢ ∃ n, I = maximalIdeal R ^ n

case neg
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
h' : Submodule.IsPrincipal (maximalIdeal R)
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
⊢ ∃ n, I = maximalIdeal R ^ n

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
r : R
hr₁ : r ≠ 0
hr₂ : r ∈ nonunits R
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) r

Tactic:
obtain ⟨f, hf₁, rfl, hf₂⟩ := (WfDvdMonoid.not_unit_iff_exists_factors_eq r hr₁).mp hr₂

Result:
case intro.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
f : Multiset R
hf₁ : ∀ b ∈ f, Irreducible b
hf₂ : f ≠ ∅
hr₁ : f.prod ≠ 0
hr₂ : f.prod ∈ nonunits R
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) f.prod