-- Mathlib/LinearAlgebra/Dimension/FreeAndStrongRankCondition.lean
theorem rank_le_one_iff [Module.Free K V] :
    Module.rank K V ≤ 1 ↔ ∃ v₀ : V, ∀ v, ∃ r : K, r • v₀ = v

Proof state:
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
hb : IsEmpty κ
⊢ ∀ (v : V), v = 0

Tactic:
simpa [range_eq_empty, Submodule.eq_bot_iff] using b.span_eq.symm

Result:
no goals

Proof state:
case h
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
i : κ
h' : span K {b i} = ⊤
v : V
hv : v ∈ ⊤
⊢ ∃ r, r • b i = v

Tactic:
rwa [← h', mem_span_singleton] at hv

Result:
no goals

Proof state:
case intro.mk
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
⊢ Module.rank K V ≤ 1 ↔ ∃ v₀, ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v

Tactic:
constructor

Result:
case intro.mk.mp
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
⊢ Module.rank K V ≤ 1 → ∃ v₀, ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v

case intro.mk.mpr
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
⊢ (∃ v₀, ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v) → Module.rank K V ≤ 1

Proof state:
case h
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
i : κ
h' : span K {b i} = ⊤
v : V
⊢ ∃ r, r • b i = v

Tactic:
have hv : v ∈ (⊤ : Submodule K V) := mem_top

Result:
case h
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
i : κ
h' : span K {b i} = ⊤
v : V
hv : v ∈ ⊤
⊢ ∃ r, r • b i = v

Proof state:
case h
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
v₀ : V
hv₀ : ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v
x✝ : V
⊢ x✝ ∈ span K {v₀} ↔ x✝ ∈ ⊤

Tactic:
simp [mem_span_singleton, hv₀]

Result:
no goals

Proof state:
case h
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
i : κ
h' : span K {b i} = ⊤
⊢ ∀ (v : V), ∃ r, r • b i = v

Tactic:
intro v

Result:
case h
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
i : κ
h' : span K {b i} = ⊤
v : V
⊢ ∃ r, r • b i = v

Proof state:
case intro.mk.mp.inr.intro
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
i : κ
⊢ ∃ v₀, ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v

Tactic:
use b i

Result:
case h
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
i : κ
⊢ ∀ (v : V), ∃ r, r • b i = v

Proof state:
case h
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
hb : IsEmpty κ
h' : ∀ (v : V), v = 0
⊢ ∀ (v : V), ∃ r, r • 0 = v

Tactic:
intro v

Result:
case h
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
hb : IsEmpty κ
h' : ∀ (v : V), v = 0
v : V
⊢ ∃ r, r • 0 = v

Proof state:
case intro.mk.mp
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
⊢ ∃ v₀, ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v

Tactic:
rcases isEmpty_or_nonempty κ with hb | ⟨⟨i⟩⟩

Result:
case intro.mk.mp.inl
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
hb : IsEmpty κ
⊢ ∃ v₀, ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v

case intro.mk.mp.inr.intro
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
i : κ
⊢ ∃ v₀, ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v

Proof state:
case intro.mk.mpr.intro
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
v₀ : V
hv₀ : ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v
h : span K {v₀} = ⊤
⊢ #↑{v₀} = 1

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
case intro.mk.mpr
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
⊢ (∃ v₀, ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v) → Module.rank K V ≤ 1

Tactic:
rintro ⟨v₀, hv₀⟩

Result:
case intro.mk.mpr.intro
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
v₀ : V
hv₀ : ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v
⊢ Module.rank K V ≤ 1

Proof state:
case intro.mk.mpr.intro
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
v₀ : V
hv₀ : ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v
h : span K {v₀} = ⊤
⊢ Module.rank K ↥(span K {v₀}) ≤ 1

Tactic:
refine (rank_span_le _).trans_eq ?_

Result:
case intro.mk.mpr.intro
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
v₀ : V
hv₀ : ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v
h : span K {v₀} = ⊤
⊢ #↑{v₀} = 1

Proof state:
case intro.mk.mp
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Module.rank K V ≤ 1
⊢ ∃ v₀, ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v

Tactic:
rw [← b.mk_eq_rank'', le_one_iff_subsingleton] at hd

Result:
case intro.mk.mp
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
⊢ ∃ v₀, ∀ (v : V), ∃ r, r • v₀ = v

Proof state:
case h
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
hb : IsEmpty κ
⊢ ∀ (v : V), ∃ r, r • 0 = v

Tactic:
have h' : ∀ v : V, v = 0 := by
  simpa [range_eq_empty, Submodule.eq_bot_iff] using b.span_eq.symm

Result:
case h
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
hb : IsEmpty κ
h' : ∀ (v : V), v = 0
⊢ ∀ (v : V), ∃ r, r • 0 = v

Proof state:
case h
K : Type u
V : Type v
inst✝⁴ : Ring K
inst✝³ : StrongRankCondition K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : Free K V
κ : Type v
b : Basis κ K V
hd : Subsingleton κ
hb : IsEmpty κ
h' : ∀ (v : V), v = 0
v : V
⊢ ∃ r, r • 0 = v

Tactic:
simp [h' v]

Result:
no goals