-- Mathlib/Algebra/Module/Torsion.lean
theorem iSup_torsionBySet_ideal_eq_torsionBySet_iInf
    (hp : (S : Set ι).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤) :
    ⨆ i ∈ S, torsionBySet R M (p i) = torsionBySet R M ↑(⨅ i ∈ S, p i)

Proof state:
case inr.a.intro.refine_1.mk
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S.Nonempty
x : M
hx : ∀ (a : ↑↑(⨅ i ∈ S, p i)), ↑a • x = 0
μ : (i : ι) → ↥(⨅ j ∈ S, ⨅ (_ : j ≠ i), p j)
hμ : ∑ i ∈ S, ↑(μ i) = 1
i : ι
a : R
ha : a ∈ ↑(p i)
⊢ ↑⟨a, ha⟩ • ↑(μ i) • x = 0

Tactic:
rw [smul_smul]

Result:
case inr.a.intro.refine_1.mk
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S.Nonempty
x : M
hx : ∀ (a : ↑↑(⨅ i ∈ S, p i)), ↑a • x = 0
μ : (i : ι) → ↥(⨅ j ∈ S, ⨅ (_ : j ≠ i), p j)
hμ : ∑ i ∈ S, ↑(μ i) = 1
i : ι
a : R
ha : a ∈ ↑(p i)
⊢ (↑⟨a, ha⟩ * ↑(μ i)) • x = 0

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
⊢ ⨆ i ∈ S, torsionBySet R M ↑(p i) = torsionBySet R M ↑(⨅ i ∈ S, p i)

Tactic:
rcases S.eq_empty_or_nonempty with h | h

Result:
case inl
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S = ∅
⊢ ⨆ i ∈ S, torsionBySet R M ↑(p i) = torsionBySet R M ↑(⨅ i ∈ S, p i)

case inr
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S.Nonempty
⊢ ⨆ i ∈ S, torsionBySet R M ↑(p i) = torsionBySet R M ↑(⨅ i ∈ S, p i)

Proof state:
case inr.a
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S.Nonempty
⊢ ⨆ i ∈ S, torsionBySet R M ↑(p i) ≤ torsionBySet R M ↑(⨅ i ∈ S, p i)

Tactic:
apply iSup_le _

Result:
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S.Nonempty
⊢ ∀ (i : ι), ⨆ (_ : i ∈ S), torsionBySet R M ↑(p i) ≤ torsionBySet R M ↑(⨅ i ∈ S, p i)

Proof state:
case inr.a.intro.refine_1.mk
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S.Nonempty
x : M
hx : ∀ (a : ↑↑(⨅ i ∈ S, p i)), ↑a • x = 0
μ : (i : ι) → ↥(⨅ j ∈ S, ⨅ (_ : j ≠ i), p j)
hμ : ∑ i ∈ S, ↑(μ i) = 1
i : ι
a : R
ha : a ∈ ↑(p i)
j : ι
hj : j ∈ S
⊢ a * ↑(μ i) ∈ p j

Tactic:
by_cases ij : j = i

Result:
case pos
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S.Nonempty
x : M
hx : ∀ (a : ↑↑(⨅ i ∈ S, p i)), ↑a • x = 0
μ : (i : ι) → ↥(⨅ j ∈ S, ⨅ (_ : j ≠ i), p j)
hμ : ∑ i ∈ S, ↑(μ i) = 1
i : ι
a : R
ha : a ∈ ↑(p i)
j : ι
hj : j ∈ S
ij : j = i
⊢ a * ↑(μ i) ∈ p j

case neg
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S.Nonempty
x : M
hx : ∀ (a : ↑↑(⨅ i ∈ S, p i)), ↑a • x = 0
μ : (i : ι) → ↥(⨅ j ∈ S, ⨅ (_ : j ≠ i), p j)
hμ : ∑ i ∈ S, ↑(μ i) = 1
i : ι
a : R
ha : a ∈ ↑(p i)
j : ι
hj : j ∈ S
ij : ¬j = i
⊢ a * ↑(μ i) ∈ p j

Proof state:
case inr.a.intro.refine_1.mk
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S.Nonempty
x : M
hx : ∀ (a : ↑↑(⨅ i ∈ S, p i)), ↑a • x = 0
μ : (i : ι) → ↥(⨅ j ∈ S, ⨅ (_ : j ≠ i), p j)
hμ : ∑ i ∈ S, ↑(μ i) = 1
i : ι
a : R
ha : a ∈ ↑(p i)
j : ι
⊢ a * ↑(μ i) ∈ ⨅ (_ : j ∈ S), p j

Tactic:
rw [mem_iInf]

Result:
case inr.a.intro.refine_1.mk
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S.Nonempty
x : M
hx : ∀ (a : ↑↑(⨅ i ∈ S, p i)), ↑a • x = 0
μ : (i : ι) → ↥(⨅ j ∈ S, ⨅ (_ : j ≠ i), p j)
hμ : ∑ i ∈ S, ↑(μ i) = 1
i : ι
a : R
ha : a ∈ ↑(p i)
j : ι
⊢ j ∈ S → a * ↑(μ i) ∈ p j

Proof state:
case neg
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S.Nonempty
x : M
hx : ∀ (a : ↑↑(⨅ i ∈ S, p i)), ↑a • x = 0
μ : (i : ι) → ↥(⨅ j ∈ S, ⨅ (_ : j ≠ i), p j)
hμ : ∑ i ∈ S, ↑(μ i) = 1
i : ι
a : R
ha : a ∈ ↑(p i)
j : ι
hj : j ∈ S
ij : ¬j = i
this : ∀ i_1 ∈ S, i_1 ≠ i → ↑(μ i) ∈ p i_1
⊢ a * ↑(μ i) ∈ p j

Tactic:
exact Ideal.mul_mem_left _ _ (this j hj ij)

Result:
no goals

Proof state:
case inr.a
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S.Nonempty
x : M
hx : x ∈ torsionBySet R M ↑(⨅ i ∈ S, p i)
⊢ ∃ μ, ∑ i ∈ S, ↑(μ i) = x

Tactic:
obtain ⟨μ, hμ⟩ :=
  (mem_iSup_finset_iff_exists_sum _ _).mp
    ((Ideal.eq_top_iff_one _).mp <| (Ideal.iSup_iInf_eq_top_iff_pairwise h _).mpr hp)

Result:
case inr.a.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommSemiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Type u_3
p : ι → Ideal R
S : Finset ι
hp : (↑S).Pairwise fun i j => p i ⊔ p j = ⊤
h : S.Nonempty
x : M
hx : x ∈ torsionBySet R M ↑(⨅ i ∈ S, p i)
μ : (i : ι) → ↥(⨅ j ∈ S, ⨅ (_ : j ≠ i), p j)
hμ : ∑ i ∈ S, ↑(μ i) = 1
⊢ ∃ μ, ∑ i ∈ S, ↑(μ i) = x