-- Mathlib/LinearAlgebra/RootSystem/Finite/Lemmas.lean
/-- This is Lemma 2.5 (a) from [Geck](Geck2017). -/
lemma root_sub_root_mem_of_mem_of_mem (hk : α k + α i - α j ∈ Φ)
    (hkj : k ≠ j) (hk' : α k + α i ∈ Φ) :
    α k - α j ∈ Φ

Proof state:
case inr.intro
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hkj : k ≠ j
hk' : P.root k + P.root i ∈ range ⇑P.root
hm : P.pairingIn ℤ j k ≤ 0
l : ι
hl : P.root l = P.root k + P.root i - P.root j
hli : l ≠ i
hkl : P.pairingIn ℤ l k ≤ 0
hki : P.pairing k i = -1
⊢ 0 < P.pairingIn ℤ l i

Tactic:
have : P.pairingIn ℤ l i = 1 - P.pairingIn ℤ j i := by
  apply algebraMap_injective ℤ R
  simp only [algebraMap_pairingIn, map_sub, map_one, algebraMap_pairingIn]
  convert (P.coroot' i : M →ₗ[R] R).congr_arg hl using 1
  simp only [PerfectPairing.flip_apply_apply, map_sub, map_add, LinearMap.sub_apply,
    LinearMap.add_apply, root_coroot_eq_pairing, hki, pairing_same]
  ring

Result:
case inr.intro
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hkj : k ≠ j
hk' : P.root k + P.root i ∈ range ⇑P.root
hm : P.pairingIn ℤ j k ≤ 0
l : ι
hl : P.root l = P.root k + P.root i - P.root j
hli : l ≠ i
hkl : P.pairingIn ℤ l k ≤ 0
hki : P.pairing k i = -1
this : P.pairingIn ℤ l i = 1 - P.pairingIn ℤ j i
⊢ 0 < P.pairingIn ℤ l i

Proof state:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
l : ι
hli : l ≠ i
hkj : l ≠ j
hk' : P.root l + P.root i ∈ range ⇑P.root
hm : P.pairingIn ℤ j l ≤ 0
hl : P.root l = P.root l + P.root i - P.root j
⊢ i = j

Tactic:
simpa [add_sub_assoc, sub_eq_zero] using hl

Result:
no goals

Proof state:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
j k : ι
hj : j ∈ b.support
hkj : k ≠ j
hm : P.pairingIn ℤ j k ≤ 0
l : ι
hij : l ≠ j
hi : l ∈ b.support
hk' : P.root k + P.root l ∈ range ⇑P.root
hl : k = j
⊢ False

Tactic:
exact hkj hl

Result:
no goals

Proof state:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hkj : k ≠ j
hk' : P.root k + P.root i ∈ range ⇑P.root
hm : P.pairingIn ℤ j k ≤ 0
l : ι
hl : P.root l = P.root k + P.root i - P.root j
hli : l ≠ i
hkl : P.pairingIn ℤ l k ≤ 0
hki : P.pairingIn ℤ k i = -1
⊢ P.pairing k i = -1

Tactic:
rw [← P.algebraMap_pairingIn ℤ, hki]

Result:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hkj : k ≠ j
hk' : P.root k + P.root i ∈ range ⇑P.root
hm : P.pairingIn ℤ j k ≤ 0
l : ι
hl : P.root l = P.root k + P.root i - P.root j
hli : l ≠ i
hkl : P.pairingIn ℤ l k ≤ 0
hki : P.pairingIn ℤ k i = -1
⊢ (algebraMap ℤ R) (-1) = -1

Proof state:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hk : P.root k + P.root i - P.root j ∈ range ⇑P.root
hkj : k ≠ j
hk' : P.root k + P.root i ∈ range ⇑P.root
⊢ P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root

Tactic:
rcases lt_or_le 0 (P.pairingIn ℤ j k) with hm | hm

Result:
case inl
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hk : P.root k + P.root i - P.root j ∈ range ⇑P.root
hkj : k ≠ j
hk' : P.root k + P.root i ∈ range ⇑P.root
hm : 0 < P.pairingIn ℤ j k
⊢ P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root

case inr
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hk : P.root k + P.root i - P.root j ∈ range ⇑P.root
hkj : k ≠ j
hk' : P.root k + P.root i ∈ range ⇑P.root
hm : P.pairingIn ℤ j k ≤ 0
⊢ P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root

Proof state:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hkj : k ≠ j
hm : P.pairingIn ℤ j k ≤ 0
l : ι
hl : P.root l = P.root k + P.root i - P.root j
hli : l ≠ i
hkl : P.pairingIn ℤ l k ≤ 0
hki : P.pairingIn ℤ i k ≤ -2
hk' : P.root i ≠ -P.root k
h : P.pairingIn ℤ i k = -2
⊢ ¬P.pairingIn ℤ k i = -2

Tactic:
contrapose! hk'

Result:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hkj : k ≠ j
hm : P.pairingIn ℤ j k ≤ 0
l : ι
hl : P.root l = P.root k + P.root i - P.root j
hli : l ≠ i
hkl : P.pairingIn ℤ l k ≤ 0
hki : P.pairingIn ℤ i k ≤ -2
h : P.pairingIn ℤ i k = -2
hk' : P.pairingIn ℤ k i = -2
⊢ P.root i = -P.root k