-- Mathlib/Algebra/Category/ModuleCat/Free.lean
theorem span_exact {β : Type*} {u : ι ⊕ β → S.X₂} (huv : u ∘ Sum.inl = S.f ∘ v)
    (hv : ⊤ ≤ span R (range v))
    (hw : ⊤ ≤ span R (range (S.g ∘ u ∘ Sum.inr))) :
    ⊤ ≤ span R (range u)

Proof state:
case intro.intro
ι : Type u_1
R : Type u_3
inst✝ : Ring R
S : ShortComplex (ModuleCat R)
hS : S.Exact
v : ι → ↑S.X₁
β : Type u_4
u : ι ⊕ β → ↑S.X₂
huv : u ∘ Sum.inl = ⇑(ConcreteCategory.hom S.f) ∘ v
hv : ⊤ ≤ span R (range v)
hw : ⊤ ≤ span R (range (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr))
m : ↑S.X₂
a✝ : m ∈ ⊤
cm : β →₀ R
hm : (cm.sum fun i a => a • (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr) i) = (ConcreteCategory.hom S.g) m
m' : ↑S.X₂ := cm.sum fun j a => a • u (Sum.inr j)
n : ↑S.X₁
hnm : (Hom.hom S.f) n = m - m'
⊢ m ∈ span R (range u)

Tactic:
have hn : n ∈ span R (range v) := hv mem_top

Result:
case intro.intro
ι : Type u_1
R : Type u_3
inst✝ : Ring R
S : ShortComplex (ModuleCat R)
hS : S.Exact
v : ι → ↑S.X₁
β : Type u_4
u : ι ⊕ β → ↑S.X₂
huv : u ∘ Sum.inl = ⇑(ConcreteCategory.hom S.f) ∘ v
hv : ⊤ ≤ span R (range v)
hw : ⊤ ≤ span R (range (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr))
m : ↑S.X₂
a✝ : m ∈ ⊤
cm : β →₀ R
hm : (cm.sum fun i a => a • (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr) i) = (ConcreteCategory.hom S.g) m
m' : ↑S.X₂ := cm.sum fun j a => a • u (Sum.inr j)
n : ↑S.X₁
hnm : (Hom.hom S.f) n = m - m'
hn : n ∈ span R (range v)
⊢ m ∈ span R (range u)

Proof state:
case intro.intro.intro
ι : Type u_1
R : Type u_3
inst✝ : Ring R
S : ShortComplex (ModuleCat R)
hS : S.Exact
v : ι → ↑S.X₁
β : Type u_4
u : ι ⊕ β → ↑S.X₂
huv : u ∘ Sum.inl = ⇑(ConcreteCategory.hom S.f) ∘ v
hv : ⊤ ≤ span R (range v)
hw : ⊤ ≤ span R (range (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr))
m : ↑S.X₂
a✝ : m ∈ ⊤
cm : β →₀ R
hm : (cm.sum fun i a => a • (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr) i) = (ConcreteCategory.hom S.g) m
m' : ↑S.X₂ := cm.sum fun j a => a • u (Sum.inr j)
n : ↑S.X₁
hnm : (Hom.hom S.f) n = m - m'
cn : ι →₀ R
hn : (cn.sum fun i a => a • v i) = n
⊢ m ∈ span R (range u)

Tactic:
rw [← hn, map_finsupp_sum] at hnm

Result:
case intro.intro.intro
ι : Type u_1
R : Type u_3
inst✝ : Ring R
S : ShortComplex (ModuleCat R)
hS : S.Exact
v : ι → ↑S.X₁
β : Type u_4
u : ι ⊕ β → ↑S.X₂
huv : u ∘ Sum.inl = ⇑(ConcreteCategory.hom S.f) ∘ v
hv : ⊤ ≤ span R (range v)
hw : ⊤ ≤ span R (range (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr))
m : ↑S.X₂
a✝ : m ∈ ⊤
cm : β →₀ R
hm : (cm.sum fun i a => a • (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr) i) = (ConcreteCategory.hom S.g) m
m' : ↑S.X₂ := cm.sum fun j a => a • u (Sum.inr j)
n : ↑S.X₁
cn : ι →₀ R
hnm : (cn.sum fun a b => (Hom.hom S.f) (b • v a)) = m - m'
hn : (cn.sum fun i a => a • v i) = n
⊢ m ∈ span R (range u)

Proof state:
case intro.intro
ι : Type u_1
R : Type u_3
inst✝ : Ring R
S : ShortComplex (ModuleCat R)
hS : S.Exact
v : ι → ↑S.X₁
β : Type u_4
u : ι ⊕ β → ↑S.X₂
huv : u ∘ Sum.inl = ⇑(ConcreteCategory.hom S.f) ∘ v
hv : ⊤ ≤ span R (range v)
hw : ⊤ ≤ span R (range (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr))
m : ↑S.X₂
a✝ : m ∈ ⊤
cm : β →₀ R
hm : (cm.sum fun i a => a • (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr) i) = (ConcreteCategory.hom S.g) m
m' : ↑S.X₂ := cm.sum fun j a => a • u (Sum.inr j)
n : ↑S.X₁
hnm : (Hom.hom S.f) n = m - m'
hn : n ∈ span R (range v)
⊢ m ∈ span R (range u)

Tactic:
rw [Finsupp.mem_span_range_iff_exists_finsupp] at hn

Result:
case intro.intro
ι : Type u_1
R : Type u_3
inst✝ : Ring R
S : ShortComplex (ModuleCat R)
hS : S.Exact
v : ι → ↑S.X₁
β : Type u_4
u : ι ⊕ β → ↑S.X₂
huv : u ∘ Sum.inl = ⇑(ConcreteCategory.hom S.f) ∘ v
hv : ⊤ ≤ span R (range v)
hw : ⊤ ≤ span R (range (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr))
m : ↑S.X₂
a✝ : m ∈ ⊤
cm : β →₀ R
hm : (cm.sum fun i a => a • (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr) i) = (ConcreteCategory.hom S.g) m
m' : ↑S.X₂ := cm.sum fun j a => a • u (Sum.inr j)
n : ↑S.X₁
hnm : (Hom.hom S.f) n = m - m'
hn : ∃ c, (c.sum fun i a => a • v i) = n
⊢ m ∈ span R (range u)

Proof state:
case intro.intro
ι : Type u_1
R : Type u_3
inst✝ : Ring R
S : ShortComplex (ModuleCat R)
hS : S.Exact
v : ι → ↑S.X₁
β : Type u_4
u : ι ⊕ β → ↑S.X₂
huv : u ∘ Sum.inl = ⇑(ConcreteCategory.hom S.f) ∘ v
hv : ⊤ ≤ span R (range v)
hw : ⊤ ≤ span R (range (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr))
m : ↑S.X₂
a✝ : m ∈ ⊤
cm : β →₀ R
hm : (cm.sum fun i a => a • (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr) i) = (ConcreteCategory.hom S.g) m
m' : ↑S.X₂ := cm.sum fun j a => a • u (Sum.inr j)
n : ↑S.X₁
hnm : (Hom.hom S.f) n = m - m'
hn : ∃ c, (c.sum fun i a => a • v i) = n
⊢ m ∈ span R (range u)

Tactic:
obtain ⟨cn, hn⟩ := hn

Result:
case intro.intro.intro
ι : Type u_1
R : Type u_3
inst✝ : Ring R
S : ShortComplex (ModuleCat R)
hS : S.Exact
v : ι → ↑S.X₁
β : Type u_4
u : ι ⊕ β → ↑S.X₂
huv : u ∘ Sum.inl = ⇑(ConcreteCategory.hom S.f) ∘ v
hv : ⊤ ≤ span R (range v)
hw : ⊤ ≤ span R (range (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr))
m : ↑S.X₂
a✝ : m ∈ ⊤
cm : β →₀ R
hm : (cm.sum fun i a => a • (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr) i) = (ConcreteCategory.hom S.g) m
m' : ↑S.X₂ := cm.sum fun j a => a • u (Sum.inr j)
n : ↑S.X₁
hnm : (Hom.hom S.f) n = m - m'
cn : ι →₀ R
hn : (cn.sum fun i a => a • v i) = n
⊢ m ∈ span R (range u)

Proof state:
ι : Type u_1
R : Type u_3
inst✝ : Ring R
S : ShortComplex (ModuleCat R)
hS : S.Exact
v : ι → ↑S.X₁
β : Type u_4
u : ι ⊕ β → ↑S.X₂
huv : u ∘ Sum.inl = ⇑(ConcreteCategory.hom S.f) ∘ v
hv : ⊤ ≤ span R (range v)
hw : ⊤ ≤ span R (range (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr))
⊢ ⊤ ≤ span R (range u)

Tactic:
intro m _

Result:
ι : Type u_1
R : Type u_3
inst✝ : Ring R
S : ShortComplex (ModuleCat R)
hS : S.Exact
v : ι → ↑S.X₁
β : Type u_4
u : ι ⊕ β → ↑S.X₂
huv : u ∘ Sum.inl = ⇑(ConcreteCategory.hom S.f) ∘ v
hv : ⊤ ≤ span R (range v)
hw : ⊤ ≤ span R (range (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr))
m : ↑S.X₂
a✝ : m ∈ ⊤
⊢ m ∈ span R (range u)

Proof state:
ι : Type u_1
R : Type u_3
inst✝ : Ring R
S : ShortComplex (ModuleCat R)
hS : S.Exact
v : ι → ↑S.X₁
β : Type u_4
u : ι ⊕ β → ↑S.X₂
huv : u ∘ Sum.inl = ⇑(ConcreteCategory.hom S.f) ∘ v
hv : ⊤ ≤ span R (range v)
hw : ⊤ ≤ span R (range (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr))
m : ↑S.X₂
a✝ : m ∈ ⊤
cm : β →₀ R
hm : (cm.sum fun i a => a • (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr) i) = (ConcreteCategory.hom S.g) m
m' : ↑S.X₂ := cm.sum fun j a => a • u (Sum.inr j)
⊢ (cm.sum fun i a => a • (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr) i) =
    cm.sum fun a b => (Hom.hom S.g) (b • u (Sum.inr a))

Tactic:
simp only [Function.comp_apply, map_smul]

Result:
no goals

Proof state:
case intro
ι : Type u_1
R : Type u_3
inst✝ : Ring R
S : ShortComplex (ModuleCat R)
hS : S.Exact
v : ι → ↑S.X₁
β : Type u_4
u : ι ⊕ β → ↑S.X₂
huv : u ∘ Sum.inl = ⇑(ConcreteCategory.hom S.f) ∘ v
hv : ⊤ ≤ span R (range v)
hw : ⊤ ≤ span R (range (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr))
m : ↑S.X₂
a✝ : m ∈ ⊤
cm : β →₀ R
hm : (cm.sum fun i a => a • (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr) i) = (ConcreteCategory.hom S.g) m
⊢ m ∈ span R (range u)

Tactic:
let m' : S.X₂ := Finsupp.sum cm fun j a ↦ a • (u (Sum.inr j))

Result:
case intro
ι : Type u_1
R : Type u_3
inst✝ : Ring R
S : ShortComplex (ModuleCat R)
hS : S.Exact
v : ι → ↑S.X₁
β : Type u_4
u : ι ⊕ β → ↑S.X₂
huv : u ∘ Sum.inl = ⇑(ConcreteCategory.hom S.f) ∘ v
hv : ⊤ ≤ span R (range v)
hw : ⊤ ≤ span R (range (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr))
m : ↑S.X₂
a✝ : m ∈ ⊤
cm : β →₀ R
hm : (cm.sum fun i a => a • (⇑(ConcreteCategory.hom S.g) ∘ u ∘ Sum.inr) i) = (ConcreteCategory.hom S.g) m
m' : ↑S.X₂ := cm.sum fun j a => a • u (Sum.inr j)
⊢ m ∈ span R (range u)