-- Mathlib/Algebra/Lie/Nilpotent.lean
theorem isNilpotent_toEnd_of_isNilpotent₂ [IsNilpotent L M] (x y : L) :
    _root_.IsNilpotent (toEnd R L M x ∘ₗ toEnd R L M y)

Proof state:
case intro
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M (2 * k) = ⊥
⊢ _root_.IsNilpotent ((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y)

Tactic:
use k

Result:
case h
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M (2 * k) = ⊥
⊢ ((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y) ^ k = 0

Proof state:
case intro
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M k = ⊥
⊢ _root_.IsNilpotent ((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y)

Tactic:
replace hM : lowerCentralSeries R L M (2 * k) = ⊥ := by
  rw [eq_bot_iff, ← hM]; exact antitone_lowerCentralSeries R L M (by omega)

Result:
case intro
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M (2 * k) = ⊥
⊢ _root_.IsNilpotent ((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y)

Proof state:
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M k = ⊥
⊢ lowerCentralSeries R L M (2 * k) ≤ lowerCentralSeries R L M k

Tactic:
exact antitone_lowerCentralSeries R L M (by omega)

Result:
no goals

Proof state:
case h.h
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M (2 * k) = ⊥
m : M
⊢ (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * k)

Tactic:
exact iterate_toEnd_mem_lowerCentralSeries₂ R L M x y m k

Result:
no goals

Proof state:
case h.h
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M (2 * k) = ⊥
m : M
⊢ (((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y) ^ k) m = 0 m

Tactic:
rw [LinearMap.pow_apply, LinearMap.zero_apply, ← LieSubmodule.mem_bot (R := R) (L := L), ← hM]

Result:
case h.h
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M (2 * k) = ⊥
m : M
⊢ (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * k)

Proof state:
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M k = ⊥
⊢ k ≤ 2 * k

Tactic:
omega

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M k = ⊥
⊢ lowerCentralSeries R L M (2 * k) = ⊥

Tactic:
rw [eq_bot_iff, ← hM]

Result:
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M k = ⊥
⊢ lowerCentralSeries R L M (2 * k) ≤ lowerCentralSeries R L M k

Proof state:
case h
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M (2 * k) = ⊥
⊢ ((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y) ^ k = 0

Tactic:
ext m

Result:
case h.h
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M (2 * k) = ⊥
m : M
⊢ (((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y) ^ k) m = 0 m

Proof state:
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
⊢ _root_.IsNilpotent ((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y)

Tactic:
obtain ⟨k, hM⟩ := IsNilpotent.nilpotent R L M

Result:
case intro
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : LieRing L
inst✝⁵ : LieAlgebra R L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
inst✝¹ : LieModule R L M
inst✝ : IsNilpotent L M
x y : L
k : ℕ
hM : lowerCentralSeries R L M k = ⊥
⊢ _root_.IsNilpotent ((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y)