-- Mathlib/RingTheory/DiscreteValuationRing/TFAE.lean
theorem maximalIdeal_isPrincipal_of_isDedekindDomain [IsLocalRing R] [IsDomain R]
    [IsDedekindDomain R] : (maximalIdeal R).IsPrincipal

Proof state:
case a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
m : R
hm : m ∈ maximalIdeal R
⊢ b * m ∈ maximalIdeal R ^ Nat.find this

Tactic:
rw [hn, pow_succ]

Result:
case a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
m : R
hm : m ∈ maximalIdeal R
⊢ b * m ∈ maximalIdeal R ^ n * maximalIdeal R

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this = n + 1
hb₁ : 0 ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : 0 ∉ Ideal.span {a}
hb₃ : ∀ m ∈ maximalIdeal R, ∃ k, k * a = 0 * m
⊢ 0 ∈ Ideal.span {a}

Tactic:
exact zero_mem _

Result:
no goals

Proof state:
case neg.intro.intro.a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝¹ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this✝ : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this✝ = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
hb₃ : ∀ m ∈ maximalIdeal R, ∃ k, k * a = b * m
hb₄ : b ≠ 0
K : Type u_1 := FractionRing R
x : K := (algebraMap R K) b / (algebraMap R K) a
M : Submodule R K := Submodule.map (Algebra.linearMap R K) (maximalIdeal R)
ha₃ : (algebraMap R K) a ≠ 0
hx : ¬∀ y ∈ M, x * y ∈ M
this : Submodule.comap (Algebra.linearMap R K) (Submodule.map (DistribMulAction.toLinearMap R K x) M) = ⊤
y : R
hy₁ : y ∈ maximalIdeal R
hy₂ : b * y = a
m : R
hm : m ∈ maximalIdeal R
⊢ m ∈ Submodule.span R {y}

Tactic:
obtain ⟨k, hk⟩ := hb₃ m hm

Result:
case neg.intro.intro.a.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝¹ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this✝ : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this✝ = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
hb₃ : ∀ m ∈ maximalIdeal R, ∃ k, k * a = b * m
hb₄ : b ≠ 0
K : Type u_1 := FractionRing R
x : K := (algebraMap R K) b / (algebraMap R K) a
M : Submodule R K := Submodule.map (Algebra.linearMap R K) (maximalIdeal R)
ha₃ : (algebraMap R K) a ≠ 0
hx : ¬∀ y ∈ M, x * y ∈ M
this : Submodule.comap (Algebra.linearMap R K) (Submodule.map (DistribMulAction.toLinearMap R K x) M) = ⊤
y : R
hy₁ : y ∈ maximalIdeal R
hy₂ : b * y = a
m : R
hm : m ∈ maximalIdeal R
k : R
hk : k * a = b * m
⊢ m ∈ Submodule.span R {y}

Proof state:
case neg.intro.intro.succ.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
hb₃ : ∀ m ∈ maximalIdeal R, ∃ k, k * a = b * m
hb₄ : b ≠ 0
K : Type u_1 := FractionRing R
x : K := (algebraMap R K) b / (algebraMap R K) a
M : Submodule R K := Submodule.map (Algebra.linearMap R K) (maximalIdeal R)
⊢ Submodule.IsPrincipal (maximalIdeal R)

Tactic:
have ha₃ : algebraMap R K a ≠ 0 := IsFractionRing.to_map_eq_zero_iff.not.mpr ha₂

Result:
case neg.intro.intro.succ.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
hb₃ : ∀ m ∈ maximalIdeal R, ∃ k, k * a = b * m
hb₄ : b ≠ 0
K : Type u_1 := FractionRing R
x : K := (algebraMap R K) b / (algebraMap R K) a
M : Submodule R K := Submodule.map (Algebra.linearMap R K) (maximalIdeal R)
ha₃ : (algebraMap R K) a ≠ 0
⊢ Submodule.IsPrincipal (maximalIdeal R)

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
m : R
hm : m ∈ maximalIdeal R
⊢ b * m ∈ Ideal.span {a}

Tactic:
apply Nat.find_spec this

Result:
case a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
m : R
hm : m ∈ maximalIdeal R
⊢ b * m ∈ maximalIdeal R ^ Nat.find this

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
⊢ ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}

Tactic:
rw [← this]

Result:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
⊢ ∃ n, (Ideal.span {a}).radical ^ n ≤ Ideal.span {a}

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
h' : ∀ a ∈ maximalIdeal R, a = 0
⊢ False

Tactic:
apply ne_bot

Result:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
h' : ∀ a ∈ maximalIdeal R, a = 0
⊢ maximalIdeal R = ⊥