-- Mathlib/RingTheory/DiscreteValuationRing/TFAE.lean
theorem exists_maximalIdeal_pow_eq_of_principal [IsNoetherianRing R] [IsLocalRing R] [IsDomain R]
    (h' : (maximalIdeal R).IsPrincipal) (I : Ideal R) (hI : I ≠ ⊥) :
    ∃ n : ℕ, I = maximalIdeal R ^ n

Proof state:
case h.a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
⊢ x ^ Nat.find this ∈ ↑I

Tactic:
exact Nat.find_spec this

Result:
no goals

Proof state:
case h.a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
⊢ I ≤ maximalIdeal R ^ Nat.find this

Tactic:
change ∀ s ∈ I, s ∈ _

Result:
case h.a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
⊢ ∀ s ∈ I, s ∈ maximalIdeal R ^ Nat.find this

Proof state:
case neg.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
n : ℕ
u : Rˣ
hs₁ : x ^ n ∈ I
hs₂ : x ^ n * ↑u ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
hs₃ : ¬x ^ n * ↑u = 0
⊢ x ^ n ∈ maximalIdeal R ^ Nat.find this

Tactic:
apply Ideal.pow_le_pow_right (Nat.find_min' this hs₁)

Result:
case neg.intro.intro.a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
n : ℕ
u : Rˣ
hs₁ : x ^ n ∈ I
hs₂ : x ^ n * ↑u ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
hs₃ : ¬x ^ n * ↑u = 0
⊢ x ^ n ∈ maximalIdeal R ^ n

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
⊢ ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r

Tactic:
intro r hr₁ hr₂

Result:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
r : R
hr₁ : r ≠ 0
hr₂ : r ∈ nonunits R
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) r

Proof state:
case intro.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
f : Multiset R
hf₁ : ∀ b ∈ f, Irreducible b
hf₂ : f ≠ ∅
hr₁ : f.prod ≠ 0
hr₂ : f.prod ∈ nonunits R
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) f.prod

Tactic:
have : ∀ b ∈ f, Associated x b := by
  intro b hb
  exact Irreducible.associated_of_dvd hx' (hf₁ b hb) ((H b).mp (hf₁ b hb).1)

Result:
case intro.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
f : Multiset R
hf₁ : ∀ b ∈ f, Irreducible b
hf₂ : f ≠ ∅
hr₁ : f.prod ≠ 0
hr₂ : f.prod ∈ nonunits R
this : ∀ b ∈ f, Associated x b
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) f.prod

Proof state:
case h.a.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
s : R
hs₁ : s ∈ I
hs₂ : s ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
⊢ s ∈ maximalIdeal R ^ Nat.find this

Tactic:
by_cases hs₃ : s = 0

Result:
case pos
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
s : R
hs₁ : s ∈ I
hs₂ : s ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
hs₃ : s = 0
⊢ s ∈ maximalIdeal R ^ Nat.find this

case neg
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
s : R
hs₁ : s ∈ I
hs₂ : s ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
hs₃ : ¬s = 0
⊢ s ∈ maximalIdeal R ^ Nat.find this

Proof state:
case intro.intro.intro.cons.inl
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
fa : R
fh : ∅ ≠ ∅ → (∀ b ∈ ∅, Associated x b) → ∃ n, Associated (x ^ n) ∅.prod
hf₂ : fa ::ₘ ∅ ≠ ∅
this : ∀ b ∈ fa ::ₘ ∅, Associated x b
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) (fa ::ₘ ∅).prod

Tactic:
use 1

Result:
case h
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
fa : R
fh : ∅ ≠ ∅ → (∀ b ∈ ∅, Associated x b) → ∃ n, Associated (x ^ n) ∅.prod
hf₂ : fa ::ₘ ∅ ≠ ∅
this : ∀ b ∈ fa ::ₘ ∅, Associated x b
⊢ Associated (x ^ 1) (fa ::ₘ ∅).prod

Proof state:
case h
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
fa : R
fh : ∅ ≠ ∅ → (∀ b ∈ ∅, Associated x b) → ∃ n, Associated (x ^ n) ∅.prod
hf₂ : fa ::ₘ ∅ ≠ ∅
this : ∀ b ∈ fa ::ₘ ∅, Associated x b
⊢ Associated (x ^ 1) (fa ::ₘ ∅).prod

Tactic:
rw [pow_one, Multiset.prod_cons, Multiset.empty_eq_zero, Multiset.prod_zero, mul_one]

Result:
case h
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
fa : R
fh : ∅ ≠ ∅ → (∀ b ∈ ∅, Associated x b) → ∃ n, Associated (x ^ n) ∅.prod
hf₂ : fa ::ₘ ∅ ≠ ∅
this : ∀ b ∈ fa ::ₘ ∅, Associated x b
⊢ Associated x fa