-- Mathlib/RingTheory/Filtration.lean
theorem submodule_eq_span_le_iff_stable_ge (n₀ : ℕ) :
    F.submodule = Submodule.span _ (⋃ i ≤ n₀, single R i '' (F.N i : Set M)) ↔
      ∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)

Proof state:
case neg.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
F' : Submodule (↥(reesAlgebra I)) (PolynomialModule R M) :=
  Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
hF : ∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)
this : ∀ i ≤ n₀, ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑F'
j : ℕ
hj : ⇑(single R j) '' ↑(F.N j) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
hj' : n₀ ≤ j
m : M
hm : m ∈ ↑(I • F.N j)
⊢ (single R (j + 1)) m ∈ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))

Tactic:
refine Submodule.smul_induction_on hm (fun r hr m' hm' => ?_) (fun x y hx hy => ?_)

Result:
case neg.intro.intro.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
F' : Submodule (↥(reesAlgebra I)) (PolynomialModule R M) :=
  Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
hF : ∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)
this : ∀ i ≤ n₀, ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑F'
j : ℕ
hj : ⇑(single R j) '' ↑(F.N j) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
hj' : n₀ ≤ j
m : M
hm : m ∈ ↑(I • F.N j)
r : R
hr : r ∈ I
m' : M
hm' : m' ∈ F.N j
⊢ (single R (j + 1)) (r • m') ∈ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))

case neg.intro.intro.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
F' : Submodule (↥(reesAlgebra I)) (PolynomialModule R M) :=
  Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
hF : ∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)
this : ∀ i ≤ n₀, ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑F'
j : ℕ
hj : ⇑(single R j) '' ↑(F.N j) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
hj' : n₀ ≤ j
m : M
hm : m ∈ ↑(I • F.N j)
x y : M
hx : (single R (j + 1)) x ∈ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
hy : (single R (j + 1)) y ∈ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
⊢ (single R (j + 1)) (x + y) ∈ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
⊢ Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)) ≤
    Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))

Tactic:
exact Submodule.span_mono (Set.iUnion₂_subset_iUnion _ _)

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
H :
  ∀ (i : ℕ),
    ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
n : ℕ
hn : n ≥ n₀
x : M
hx : x ∈ F.N (n + 1)
l : ↑(⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)) →₀ ↥(reesAlgebra I)
hl : ((Finsupp.linearCombination (↥(reesAlgebra I)) Subtype.val) l) (n + 1) = x
n' : ℕ
hn' : n' ≤ n₀
m : M
hm : m ∈ ↑(F.N n')
⊢ n' ≤ n + 1

Tactic:
omega

Result:
no goals

Proof state:
case mk.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
H :
  ∀ (i : ℕ),
    ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
n : ℕ
hn : n ≥ n₀
x : M
hx : x ∈ F.N (n + 1)
l : ↑(⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)) →₀ ↥(reesAlgebra I)
hl : ((Finsupp.linearCombination (↥(reesAlgebra I)) Subtype.val) l) (n + 1) = x
n' : ℕ
hn' : n' ≤ n₀
m : M
hm : m ∈ ↑(F.N n')
⊢ (↑(l ⟨(single R n') m, ⋯⟩)).coeff (n + 1 - n') • m ∈ I • F.N n

Tactic:
have e : n' ≤ n := by omega

Result:
case mk.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
H :
  ∀ (i : ℕ),
    ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
n : ℕ
hn : n ≥ n₀
x : M
hx : x ∈ F.N (n + 1)
l : ↑(⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)) →₀ ↥(reesAlgebra I)
hl : ((Finsupp.linearCombination (↥(reesAlgebra I)) Subtype.val) l) (n + 1) = x
n' : ℕ
hn' : n' ≤ n₀
m : M
hm : m ∈ ↑(F.N n')
e : n' ≤ n
⊢ (↑(l ⟨(single R n') m, ⋯⟩)).coeff (n + 1 - n') • m ∈ I • F.N n

Proof state:
case mpr
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
F' : Submodule (↥(reesAlgebra I)) (PolynomialModule R M) :=
  Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
hF : ∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)
i : ℕ
this : ∀ i ≤ n₀, ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑F'
⊢ ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))

Tactic:
induction' i with j hj

Result:
case mpr.zero
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
F' : Submodule (↥(reesAlgebra I)) (PolynomialModule R M) :=
  Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
hF : ∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)
this : ∀ i ≤ n₀, ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑F'
⊢ ⇑(single R 0) '' ↑(F.N 0) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))

case mpr.succ
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
F' : Submodule (↥(reesAlgebra I)) (PolynomialModule R M) :=
  Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
hF : ∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)
this : ∀ i ≤ n₀, ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑F'
j : ℕ
hj : ⇑(single R j) '' ↑(F.N j) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
⊢ ⇑(single R (j + 1)) '' ↑(F.N (j + 1)) ⊆
    ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))