-- Mathlib/RingTheory/Filtration.lean
theorem Ideal.mem_iInf_smul_pow_eq_bot_iff [IsNoetherianRing R] [Module.Finite R M] (x : M) :
    x ∈ (⨅ i : ℕ, I ^ i • ⊤ : Submodule R M) ↔ ∃ r : I, (r : R) • x = x

Proof state:
case mpr.intro.zero
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
⊢ x ∈ I ^ 0 • ⊤

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
case mpr.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
i : ℕ
⊢ x ∈ I ^ i • ⊤

Tactic:
induction' i with i hi

Result:
case mpr.intro.zero
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
⊢ x ∈ I ^ 0 • ⊤

case mpr.intro.succ
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : ↥I
eq : ↑r • x = x
i : ℕ
hi : x ∈ I ^ i • ⊤
⊢ x ∈ I ^ (i + 1) • ⊤

Proof state:
case mp.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : R
hr₁ : r ∈ I
hr₂ : ∀ n ∈ N, r • n = n
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ → ∃ r, ↑r • x = x

Tactic:
intro H

Result:
case mp.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : R
hr₁ : r ∈ I
hr₂ : ∀ n ∈ N, r • n = n
H : x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤
⊢ ∃ r, ↑r • x = x

Proof state:
case mp.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
r : R
hr₁ : r ∈ I
hr₂ : ∀ n ∈ N, r • n = n
H : x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤
⊢ ∃ r, ↑r • x = x

Tactic:
exact ⟨⟨r, hr₁⟩, hr₂ _ H⟩

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ ↔ ∃ r, ↑r • x = x

Tactic:
let N := (⨅ i : ℕ, I ^ i • ⊤ : Submodule R M)

Result:
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ ↔ ∃ r, ↑r • x = x

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ ↔ ∃ r, ↑r • x = x

Tactic:
constructor

Result:
case mp
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
⊢ x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤ → ∃ r, ↑r • x = x

case mpr
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
⊢ (∃ r, ↑r • x = x) → x ∈ ⨅ i, I ^ i • ⊤

Proof state:
case intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
k : ℕ
hk :
  ∀ n ≥ k,
    I • (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N n = (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N (n + 1)
this : I • (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N (k + 1)
⊢ N ≤ I • N

Tactic:
rw [hN, hN] at this

Result:
case intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
I : Ideal R
inst✝¹ : IsNoetherianRing R
inst✝ : Module.Finite R M
x : M
N : Submodule R M := ⨅ i, I ^ i • ⊤
hN : ∀ (k : ℕ), (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N k = N
k : ℕ
hk :
  ∀ n ≥ k,
    I • (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N n = (I.stableFiltration ⊤ ⊓ I.trivialFiltration N).N (n + 1)
this : I • N = N
⊢ N ≤ I • N