-- Mathlib/Algebra/Lie/IdealOperations.lean
theorem lieIdeal_oper_eq_linear_span [LieModule R L M] :
    (↑⁅I, N⁆ : Submodule R M) = Submodule.span R { ⁅(x : L), (n : M)⁆ | (x : I) (n : N) }

Proof state:
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
s : Set M := {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
⊢ ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s

Tactic:
refine Submodule.span_induction (R := R) (M := M) (s := s)
  (p := fun m' _ ↦ ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) ?_ ?_ ?_ ?_ hm'

Result:
case refine_1
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
s : Set M := {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
⊢ ∀ (x : M) (h : x ∈ s), (fun m' x => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) x ⋯

case refine_2
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
s : Set M := {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
⊢ (fun m' x => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) 0 ⋯

case refine_3
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
s : Set M := {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
⊢ ∀ (x y_1 : M) (hx : x ∈ Submodule.span R s) (hy : y_1 ∈ Submodule.span R s),
    (fun m' x => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) x hx →
      (fun m' x => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) y_1 hy → (fun m' x => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) (x + y_1) ⋯

case refine_4
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
s : Set M := {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
⊢ ∀ (a : R) (x : M) (hx : x ∈ Submodule.span R s),
    (fun m' x => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) x hx → (fun m' x => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) (a • x) ⋯

Proof state:
case refine_3
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
s : Set M := {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
m₁ m₂ : M
hx✝ : m₁ ∈ Submodule.span R s
hy✝ : m₂ ∈ Submodule.span R s
hm₁ : ⁅y, m₁⁆ ∈ Submodule.span R s
hm₂ : ⁅y, m₂⁆ ∈ Submodule.span R s
⊢ ⁅y, m₁⁆ + ⁅y, m₂⁆ ∈ Submodule.span R s

Tactic:
exact Submodule.add_mem _ hm₁ hm₂

Result:
no goals

Proof state:
case refine_4
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
s : Set M := {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
⊢ ∀ (a : R) (x : M) (hx : x ∈ Submodule.span R s),
    (fun m' x => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) x hx → (fun m' x => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) (a • x) ⋯

Tactic:
intro t m'' _ hm''

Result:
case refine_4
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
s : Set M := {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
t : R
m'' : M
hx✝ : m'' ∈ Submodule.span R s
hm'' : ⁅y, m''⁆ ∈ Submodule.span R s
⊢ ⁅y, t • m''⁆ ∈ Submodule.span R s

Proof state:
case refine_2
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
s : Set M := {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
⊢ (fun m' x => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) 0 ⋯

Tactic:
simp only [lie_zero, Submodule.zero_mem]

Result:
no goals

Proof state:
case a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
⊢ Submodule.span R {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x} ≤ ↑(lieSpan R L {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x})

Tactic:
apply submodule_span_le_lieSpan

Result:
no goals

Proof state:
case refine_1.intro.intro.refine_1.a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
s : Set M := {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
m'' : M
x : ↥I
n : ↥N
hm'' : ⁅↑x, ↑n⁆ = m''
⊢ ⁅⁅y, ↑x⁆, ↑n⁆ ∈ s

Tactic:
use ⟨⁅y, ↑x⁆, I.lie_mem x.property⟩, n

Result:
no goals

Proof state:
case a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
⊢ ↑⁅I, N⁆ ≤ Submodule.span R {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}

Tactic:
let s := { ⁅(x : L), (n : M)⁆ | (x : I) (n : N) }

Result:
case a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
s : Set M := {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}
⊢ ↑⁅I, N⁆ ≤ Submodule.span R {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}

Proof state:
case refine_4
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
s : Set M := {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
t : R
m'' : M
hx✝ : m'' ∈ Submodule.span R s
hm'' : ⁅y, m''⁆ ∈ Submodule.span R s
⊢ t • ⁅y, m''⁆ ∈ Submodule.span R s

Tactic:
exact Submodule.smul_mem _ t hm''

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
⊢ ↑⁅I, N⁆ = Submodule.span R {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}

Tactic:
apply le_antisymm

Result:
case a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
⊢ ↑⁅I, N⁆ ≤ Submodule.span R {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x}

case a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : AddCommGroup M
inst✝³ : Module R M
inst✝² : LieRingModule L M
N : LieSubmodule R L M
inst✝¹ : LieAlgebra R L
I : LieIdeal R L
inst✝ : LieModule R L M
⊢ Submodule.span R {x | ∃ x_1 n, ⁅↑x_1, ↑n⁆ = x} ≤ ↑⁅I, N⁆