-- Mathlib/RingTheory/Ideal/Norm/AbsNorm.lean
theorem Ideal.exists_mul_add_mem_pow_succ [IsDedekindDomain S] (hP : P ≠ ⊥)
    {i : ℕ} (a c : S) (a_mem : a ∈ P ^ i)
    (a_not_mem : a ∉ P ^ (i + 1)) (c_mem : c ∈ P ^ i) :
    ∃ d : S, ∃ e ∈ P ^ (i + 1), a * d + e = c

Proof state:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
a_not_mem : a ∉ P ^ (i + 1)
c_mem : c ∈ P ^ i
⊢ P ^ (i + 1) ≠ span {a} ⊔ P ^ (i + 1)

Tactic:
contrapose! a_not_mem with this

Result:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
c_mem : c ∈ P ^ i
this : P ^ (i + 1) = span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
⊢ a ∈ P ^ (i + 1)

Proof state:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
a_not_mem : a ∉ P ^ (i + 1)
c_mem : c ∈ P ^ i
eq_b : P ^ i = span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
⊢ ∃ d, ∃ e ∈ P ^ (i + 1), a * d + e = c

Tactic:
rw [eq_b] at c_mem

Result:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
a_not_mem : a ∉ P ^ (i + 1)
c_mem : c ∈ span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
eq_b : P ^ i = span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
⊢ ∃ d, ∃ e ∈ P ^ (i + 1), a * d + e = c

Proof state:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
c_mem : c ∈ P ^ i
this : P ^ (i + 1) = span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
⊢ a ∈ P ^ (i + 1)

Tactic:
rw [this]

Result:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
c_mem : c ∈ P ^ i
this : P ^ (i + 1) = span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
⊢ a ∈ span {a} ⊔ P ^ (i + 1)

Proof state:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
a_not_mem : a ∉ P ^ (i + 1)
c_mem : c ∈ span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
eq_b : P ^ i = span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
⊢ ∃ d, ∃ e ∈ P ^ (i + 1), d * a + e = c

Tactic:
exact Ideal.mem_span_singleton_sup.mp c_mem

Result:
no goals

Proof state:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
a_not_mem : a ∉ P ^ (i + 1)
c_mem : c ∈ P ^ i
⊢ P ^ i = span {a} ⊔ P ^ (i + 1)

Tactic:
refine (Ideal.eq_prime_pow_of_succ_lt_of_le hP (lt_of_le_of_ne le_sup_right ?_)
  (sup_le (Ideal.span_le.mpr (Set.singleton_subset_iff.mpr a_mem))
    (Ideal.pow_succ_lt_pow hP i).le)).symm

Result:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
a_not_mem : a ∉ P ^ (i + 1)
c_mem : c ∈ P ^ i
⊢ P ^ (i + 1) ≠ span {a} ⊔ P ^ (i + 1)

Proof state:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
c_mem : c ∈ P ^ i
this : P ^ (i + 1) = span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
⊢ a ∈ span {a} ⊔ P ^ (i + 1)

Tactic:
exact mem_sup.mpr ⟨a, mem_span_singleton_self a, 0, by simp, by simp⟩

Result:
no goals

Proof state:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
c_mem : c ∈ P ^ i
this : P ^ (i + 1) = span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
⊢ a + 0 = a

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
c_mem : c ∈ P ^ i
this : P ^ (i + 1) = span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
⊢ 0 ∈ P ^ (i + 1)

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
a_not_mem : a ∉ P ^ (i + 1)
c_mem : c ∈ P ^ i
⊢ ∃ d, ∃ e ∈ P ^ (i + 1), a * d + e = c

Tactic:
suffices eq_b : P ^ i = Ideal.span {a} ⊔ P ^ (i + 1) by
  rw [eq_b] at c_mem
  simp only [mul_comm a]
  exact Ideal.mem_span_singleton_sup.mp c_mem

Result:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
a_not_mem : a ∉ P ^ (i + 1)
c_mem : c ∈ P ^ i
⊢ P ^ i = span {a} ⊔ P ^ (i + 1)

Proof state:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
a_not_mem : a ∉ P ^ (i + 1)
c_mem : c ∈ span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
eq_b : P ^ i = span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
⊢ ∃ d, ∃ e ∈ P ^ (i + 1), a * d + e = c

Tactic:
simp only [mul_comm a]

Result:
S : Type u_1
inst✝¹ : CommRing S
P : Ideal S
P_prime : P.IsPrime
inst✝ : IsDedekindDomain S
hP : P ≠ ⊥
i : ℕ
a c : S
a_mem : a ∈ P ^ i
a_not_mem : a ∉ P ^ (i + 1)
c_mem : c ∈ span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
eq_b : P ^ i = span {a} ⊔ P ^ (i + 1)
⊢ ∃ d, ∃ e ∈ P ^ (i + 1), d * a + e = c