-- Mathlib/Analysis/InnerProductSpace/Projection.lean
theorem maximal_orthonormal_iff_basis_of_finiteDimensional (hv : Orthonormal 𝕜 ((↑) : v → E)) :
    (∀ u ⊇ v, Orthonormal 𝕜 ((↑) : u → E) → u = v) ↔ ∃ b : Basis v 𝕜 E, ⇑b = ((↑) : v → E)

Proof state:
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
hv_coe : Set.range Subtype.val = v
⊢ span 𝕜 v = ⊤ → ∃ b, ⇑b = Subtype.val

Tactic:
refine fun h => ⟨Basis.mk hv.linearIndependent _, Basis.coe_mk _ ?_⟩

Result:
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
hv_coe : Set.range Subtype.val = v
h : span 𝕜 v = ⊤
⊢ ⊤ ≤ span 𝕜 (Set.range Subtype.val)

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
⊢ (∀ u ⊇ v, Orthonormal 𝕜 Subtype.val → u = v) ↔ ∃ b, ⇑b = Subtype.val

Tactic:
haveI := FiniteDimensional.proper_rclike 𝕜 (span 𝕜 v)

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
⊢ (∀ u ⊇ v, Orthonormal 𝕜 Subtype.val → u = v) ↔ ∃ b, ⇑b = Subtype.val

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
⊢ span 𝕜 v = ⊤ ↔ ∃ b, ⇑b = Subtype.val

Tactic:
have hv_coe : range ((↑) : v → E) = v := by simp

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
hv_coe : Set.range Subtype.val = v
⊢ span 𝕜 v = ⊤ ↔ ∃ b, ⇑b = Subtype.val

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
⊢ (span 𝕜 v)ᗮ = ⊥ ↔ ∃ b, ⇑b = Subtype.val

Tactic:
rw [Submodule.orthogonal_eq_bot_iff]

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
⊢ span 𝕜 v = ⊤ ↔ ∃ b, ⇑b = Subtype.val

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
hv_coe : Set.range Subtype.val = v
⊢ span 𝕜 v = ⊤ ↔ ∃ b, ⇑b = Subtype.val

Tactic:
constructor

Result:
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
hv_coe : Set.range Subtype.val = v
⊢ span 𝕜 v = ⊤ → ∃ b, ⇑b = Subtype.val

case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
hv_coe : Set.range Subtype.val = v
⊢ (∃ b, ⇑b = Subtype.val) → span 𝕜 v = ⊤

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
⊢ (∀ u ⊇ v, Orthonormal 𝕜 Subtype.val → u = v) ↔ ∃ b, ⇑b = Subtype.val

Tactic:
rw [maximal_orthonormal_iff_orthogonalComplement_eq_bot hv]

Result:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
⊢ (span 𝕜 v)ᗮ = ⊥ ↔ ∃ b, ⇑b = Subtype.val

Proof state:
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
hv_coe : Set.range Subtype.val = v
h : span 𝕜 v = ⊤
⊢ ⊤ ≤ span 𝕜 (Set.range Subtype.val)

Tactic:
convert h.ge

Result:
no goals

Proof state:
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
⊢ Set.range Subtype.val = v

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
case mpr.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
hv_coe : Set.range Subtype.val = v
h : Basis (↑v) 𝕜 E
coe_h : ⇑h = Subtype.val
⊢ span 𝕜 v = ⊤

Tactic:
rw [← h.span_eq, coe_h, hv_coe]

Result:
no goals

Proof state:
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
hv_coe : Set.range Subtype.val = v
⊢ (∃ b, ⇑b = Subtype.val) → span 𝕜 v = ⊤

Tactic:
rintro ⟨h, coe_h⟩

Result:
case mpr.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
inst✝³ : RCLike 𝕜
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
v : Set E
inst✝ : FiniteDimensional 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this : ProperSpace ↥(span 𝕜 v)
hv_coe : Set.range Subtype.val = v
h : Basis (↑v) 𝕜 E
coe_h : ⇑h = Subtype.val
⊢ span 𝕜 v = ⊤