-- Mathlib/LinearAlgebra/Eigenspace/Triangularizable.lean
theorem iSup_maxGenEigenspace_eq_top [IsAlgClosed K] [FiniteDimensional K V] (f : End K V) :
    ⨆ (μ : K), f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Proof state:
case h.succ.intro
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
μ₀ : K
hμ₀ : f.HasEigenvalue μ₀
ES : Submodule K V := (f.genEigenspace μ₀) ↑(finrank K V)
ER : Submodule K V := f.genEigenrange μ₀ ↑(finrank K V)
h_f_ER : ∀ x ∈ ER, f x ∈ ER
f' : End K ↥ER := LinearMap.restrict f h_f_ER
h_dim_ES_pos : 0 < finrank K ↥ES
h_dim_add : finrank K ↥ER + finrank K ↥ES = finrank K V
h_dim_ER : finrank K ↥ER < n.succ
ih_ER : ⨆ μ, f'.maxGenEigenspace μ = ⊤
ih_ER' : ⨆ μ, Submodule.map ER.subtype (f'.maxGenEigenspace μ) = ER
hff' : ∀ (μ : K), Submodule.map ER.subtype (f'.maxGenEigenspace μ) ≤ f.maxGenEigenspace μ
hER : ER ≤ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ
hES : ES ≤ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ
⊢ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Tactic:
have h_disjoint : Disjoint ER ES := generalized_eigenvec_disjoint_range_ker f μ₀

Result:
case h.succ.intro
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
μ₀ : K
hμ₀ : f.HasEigenvalue μ₀
ES : Submodule K V := (f.genEigenspace μ₀) ↑(finrank K V)
ER : Submodule K V := f.genEigenrange μ₀ ↑(finrank K V)
h_f_ER : ∀ x ∈ ER, f x ∈ ER
f' : End K ↥ER := LinearMap.restrict f h_f_ER
h_dim_ES_pos : 0 < finrank K ↥ES
h_dim_add : finrank K ↥ER + finrank K ↥ES = finrank K V
h_dim_ER : finrank K ↥ER < n.succ
ih_ER : ⨆ μ, f'.maxGenEigenspace μ = ⊤
ih_ER' : ⨆ μ, Submodule.map ER.subtype (f'.maxGenEigenspace μ) = ER
hff' : ∀ (μ : K), Submodule.map ER.subtype (f'.maxGenEigenspace μ) ≤ f.maxGenEigenspace μ
hER : ER ≤ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ
hES : ES ≤ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ
h_disjoint : Disjoint ER ES
⊢ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Proof state:
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
μ₀ : K
hμ₀ : f.HasEigenvalue μ₀
ES : Submodule K V := (f.genEigenspace μ₀) ↑(finrank K V)
ER : Submodule K V := f.genEigenrange μ₀ ↑(finrank K V)
h_f_ER : ∀ x ∈ ER, f x ∈ ER
f' : End K ↥ER := LinearMap.restrict f h_f_ER
h_dim_ES_pos : 0 < finrank K ↥ES
h_dim_add : finrank K ↥ER + finrank K ↥ES = finrank K V
h_dim_ER : finrank K ↥ER < n.succ
ih_ER : ⨆ μ, f'.maxGenEigenspace μ = ⊤
⊢ ⨆ μ, Submodule.map ER.subtype (f'.maxGenEigenspace μ) = ER

Tactic:
simp only [(Submodule.map_iSup _ _).symm, ih_ER, Submodule.map_subtype_top ER]

Result:
no goals

Proof state:
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
μ₀ : K
hμ₀ : f.HasEigenvalue μ₀
ES : Submodule K V := (f.genEigenspace μ₀) ↑(finrank K V)
ER : Submodule K V := f.genEigenrange μ₀ ↑(finrank K V)
h_f_ER : ∀ x ∈ ER, f x ∈ ER
f' : End K ↥ER := LinearMap.restrict f h_f_ER
h_dim_ES_pos : 0 < finrank K ↥ES
⊢ finrank K ↥(LinearMap.range ((f - μ₀ • 1) ^ finrank K V)) + finrank K ↥(LinearMap.ker ((f - μ₀ • 1) ^ finrank K V)) =
    finrank K V

Tactic:
apply LinearMap.finrank_range_add_finrank_ker

Result:
no goals

Proof state:
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module K V
inst✝¹ : IsAlgClosed K
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
⊢ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Tactic:
suffices ∀ n, finrank K V = n → ⨆ (μ : K), f.maxGenEigenspace μ = ⊤ by exact this _ rfl

Result:
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module K V
inst✝¹ : IsAlgClosed K
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
⊢ ∀ (n : ℕ), finrank K V = n → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Proof state:
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module K V
inst✝¹ : IsAlgClosed K
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
⊢ ∀ (n : ℕ), finrank K V = n → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Tactic:
intro n h_dim

Result:
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : AddCommGroup V
inst✝² : Module K V
inst✝¹ : IsAlgClosed K
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
h_dim : finrank K V = n
⊢ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Proof state:
case h.succ.intro
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
μ₀ : K
hμ₀ : f.HasEigenvalue μ₀
ES : Submodule K V := (f.genEigenspace μ₀) ↑(finrank K V)
ER : Submodule K V := f.genEigenrange μ₀ ↑(finrank K V)
h_f_ER : ∀ x ∈ ER, f x ∈ ER
f' : End K ↥ER := LinearMap.restrict f h_f_ER
h_dim_ES_pos : 0 < finrank K ↥ES
h_dim_add : finrank K ↥ER + finrank K ↥ES = finrank K V
h_dim_ER : finrank K ↥ER < n.succ
ih_ER : ⨆ μ, f'.maxGenEigenspace μ = ⊤
ih_ER' : ⨆ μ, Submodule.map ER.subtype (f'.maxGenEigenspace μ) = ER
hff' : ∀ (μ : K), Submodule.map ER.subtype (f'.maxGenEigenspace μ) ≤ f.maxGenEigenspace μ
hER : ER ≤ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ
hES : ES ≤ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ
h_disjoint : Disjoint ER ES
⊢ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Tactic:
rw [← top_le_iff, ← Submodule.eq_top_of_disjoint ER ES h_dim_add.ge h_disjoint]

Result:
case h.succ.intro
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
μ₀ : K
hμ₀ : f.HasEigenvalue μ₀
ES : Submodule K V := (f.genEigenspace μ₀) ↑(finrank K V)
ER : Submodule K V := f.genEigenrange μ₀ ↑(finrank K V)
h_f_ER : ∀ x ∈ ER, f x ∈ ER
f' : End K ↥ER := LinearMap.restrict f h_f_ER
h_dim_ES_pos : 0 < finrank K ↥ES
h_dim_add : finrank K ↥ER + finrank K ↥ES = finrank K V
h_dim_ER : finrank K ↥ER < n.succ
ih_ER : ⨆ μ, f'.maxGenEigenspace μ = ⊤
ih_ER' : ⨆ μ, Submodule.map ER.subtype (f'.maxGenEigenspace μ) = ER
hff' : ∀ (μ : K), Submodule.map ER.subtype (f'.maxGenEigenspace μ) ≤ f.maxGenEigenspace μ
hER : ER ≤ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ
hES : ES ≤ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ
h_disjoint : Disjoint ER ES
⊢ ER ⊔ ES ≤ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ