-- Mathlib/Data/Matroid/Circuit.lean
/-- A version of `Matroid.IsCircuit.strong_multi_elimination` that is phrased using insertion. -/
lemma IsCircuit.strong_multi_elimination_insert (x : ι → α) (I : ι → Set α) (z : α)
    (hxI : ∀ i, x i ∉ I i) (hC : ∀ i, M.IsCircuit (insert (x i) (I i)))
    (hJx : M.IsCircuit (J ∪ range x)) (hzJ : z ∈ J) (hzI : ∀ i, z ∉ I i) :
    ∃ C' ⊆ J ∪ ⋃ i, I i, M.IsCircuit C' ∧ z ∈ C'

Proof state:
case inr
α : Type u_1
M : Matroid α
ι : Type u_2
J : Set α
x : ι → α
I : ι → Set α
z : α
hxI : ∀ (i : ι), x i ∉ I i
hC : ∀ (i : ι), M.IsCircuit (insert (x i) (I i))
hJx : M.IsCircuit (J ∪ range x)
hzJ : z ∈ J
hzI : ∀ (i : ι), z ∉ I i
hι : Nonempty ι
⊢ z ∈ M.closure ((⋃ i, I i) ∪ J \ {z})

Tactic:
have hC' (i) : M.closure (I i) = M.closure (insert (x i) (I i)) := by
  simpa [diff_singleton_eq_self (hxI _)] using (hC i).closure_diff_singleton_eq (x i)

Result:
case inr
α : Type u_1
M : Matroid α
ι : Type u_2
J : Set α
x : ι → α
I : ι → Set α
z : α
hxI : ∀ (i : ι), x i ∉ I i
hC : ∀ (i : ι), M.IsCircuit (insert (x i) (I i))
hJx : M.IsCircuit (J ∪ range x)
hzJ : z ∈ J
hzI : ∀ (i : ι), z ∉ I i
hι : Nonempty ι
hC' : ∀ (i : ι), M.closure (I i) = M.closure (insert (x i) (I i))
⊢ z ∈ M.closure ((⋃ i, I i) ∪ J \ {z})

Proof state:
α : Type u_1
M : Matroid α
ι : Type u_2
J : Set α
x : ι → α
I : ι → Set α
z : α
hxI : ∀ (i : ι), x i ∉ I i
hC : ∀ (i : ι), M.IsCircuit (insert (x i) (I i))
hJx : M.IsCircuit (J ∪ range x)
hzJ : z ∈ J
hzI : ∀ (i : ι), z ∉ I i
hι : IsEmpty ι
⊢ M.IsCircuit J

Tactic:
simpa [range_eq_empty] using hJx

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u_1
M : Matroid α
ι : Type u_2
J : Set α
x : ι → α
I : ι → Set α
z : α
hxI : ∀ (i : ι), x i ∉ I i
hC : ∀ (i : ι), M.IsCircuit (insert (x i) (I i))
hJx : M.IsCircuit (J ∪ range x)
hzJ : z ∈ J
hzI : ∀ (i : ι), z ∉ I i
hι : Nonempty ι
hcl : z ∈ M.closure ((⋃ i, I i) ∪ J \ {z})
⊢ z ∉ (⋃ i, I i) ∪ J \ {z}

Tactic:
simp [hzI]

Result:
no goals

Proof state:
case inr
α : Type u_1
M : Matroid α
ι : Type u_2
J : Set α
x : ι → α
I : ι → Set α
z : α
hxI : ∀ (i : ι), x i ∉ I i
hC : ∀ (i : ι), M.IsCircuit (insert (x i) (I i))
hJx : M.IsCircuit (J ∪ range x)
hzJ : z ∈ J
hzI : ∀ (i : ι), z ∉ I i
hι : Nonempty ι
hC' : ∀ (i : ι), M.closure (I i) = M.closure (insert (x i) (I i))
⊢ z ∈ M.closure (range x ∪ J \ {z} ∪ ⋃ i, I i)

Tactic:
refine mem_of_mem_of_subset (hJx.mem_closure_diff_singleton_of_mem (.inl hzJ))
  (M.closure_subset_closure (subset_trans ?_ subset_union_left))

Result:
case inr
α : Type u_1
M : Matroid α
ι : Type u_2
J : Set α
x : ι → α
I : ι → Set α
z : α
hxI : ∀ (i : ι), x i ∉ I i
hC : ∀ (i : ι), M.IsCircuit (insert (x i) (I i))
hJx : M.IsCircuit (J ∪ range x)
hzJ : z ∈ J
hzI : ∀ (i : ι), z ∉ I i
hι : Nonempty ι
hC' : ∀ (i : ι), M.closure (I i) = M.closure (insert (x i) (I i))
⊢ (J ∪ range x) \ {z} ⊆ range x ∪ J \ {z}

Proof state:
case intro.intro.intro
α : Type u_1
M : Matroid α
ι : Type u_2
J : Set α
x : ι → α
I : ι → Set α
z : α
hxI : ∀ (i : ι), x i ∉ I i
hC : ∀ (i : ι), M.IsCircuit (insert (x i) (I i))
hJx : M.IsCircuit (J ∪ range x)
hzJ : z ∈ J
hzI : ∀ (i : ι), z ∉ I i
hι : Nonempty ι
C' : Set α
hC'ss : C' ⊆ insert z ((⋃ i, I i) ∪ J \ {z})
hC' : M.IsCircuit C'
hzC' : z ∈ C'
⊢ ∃ C' ⊆ J ∪ ⋃ i, I i, M.IsCircuit C' ∧ z ∈ C'

Tactic:
refine ⟨C', ?_, hC', hzC'⟩

Result:
case intro.intro.intro
α : Type u_1
M : Matroid α
ι : Type u_2
J : Set α
x : ι → α
I : ι → Set α
z : α
hxI : ∀ (i : ι), x i ∉ I i
hC : ∀ (i : ι), M.IsCircuit (insert (x i) (I i))
hJx : M.IsCircuit (J ∪ range x)
hzJ : z ∈ J
hzI : ∀ (i : ι), z ∉ I i
hι : Nonempty ι
C' : Set α
hC'ss : C' ⊆ insert z ((⋃ i, I i) ∪ J \ {z})
hC' : M.IsCircuit C'
hzC' : z ∈ C'
⊢ C' ⊆ J ∪ ⋃ i, I i