-- Mathlib/AlgebraicGeometry/ProjectiveSpectrum/Proper.lean
lemma lift_awayMapₐ_awayMapₐ_surjective {d e : ℕ} {f : A} (hf : f ∈ 𝒜 d)
    {g : A} (hg : g ∈ 𝒜 e) {x : A} (hx : x = f * g) (hd : 0 < d) :
    Function.Surjective
      (Algebra.TensorProduct.lift (awayMapₐ 𝒜 hg hx) (awayMapₐ 𝒜 hf (hx.trans (mul_comm _ _)))
        (fun _ _ ↦ .all _ _))

Proof state:
case h.a
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
n : ℕ
a : A
ha : a ∈ 𝒜 n
j : ℕ
hb' : (fun x_1 => x ^ x_1) j ∈ 𝒜 n
hfg : ¬(f * g) ^ j = 0
this : n = j * (d + e)
x0 : NumDenSameDeg 𝒜 (Submonoid.powers f) :=
  { deg := j * (d * (e + 1)), num := ⟨a * g ^ (j * (d - 1)), ⋯⟩, den := ⟨f ^ (j * (e + 1)), ⋯⟩, den_mem := ⋯ }
y0 : NumDenSameDeg 𝒜 (Submonoid.powers g) :=
  { deg := j * (d * e), num := ⟨f ^ (j * e), ⋯⟩, den := ⟨g ^ (j * d), ⋯⟩, den_mem := ⋯ }
⊢ val
      ((Algebra.TensorProduct.lift (awayMapₐ 𝒜 hg hx) (awayMapₐ 𝒜 hf ⋯) ⋯)
        (HomogeneousLocalization.mk x0 ⊗ₜ[↥(𝒜 0)] HomogeneousLocalization.mk y0)) =
    (HomogeneousLocalization.mk { deg := n, num := ⟨a, ha⟩, den := ⟨(fun x_1 => x ^ x_1) j, hb'⟩, den_mem := ⋯ }).val

Tactic:
simp only [Algebra.TensorProduct.lift_tmul, awayMapₐ_apply, val_mul,
  val_awayMap_mk, Localization.mk_mul, val_mk, x0, y0]

Result:
case h.a
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
n : ℕ
a : A
ha : a ∈ 𝒜 n
j : ℕ
hb' : (fun x_1 => x ^ x_1) j ∈ 𝒜 n
hfg : ¬(f * g) ^ j = 0
this : n = j * (d + e)
x0 : NumDenSameDeg 𝒜 (Submonoid.powers f) :=
  { deg := j * (d * (e + 1)), num := ⟨a * g ^ (j * (d - 1)), ⋯⟩, den := ⟨f ^ (j * (e + 1)), ⋯⟩, den_mem := ⋯ }
y0 : NumDenSameDeg 𝒜 (Submonoid.powers g) :=
  { deg := j * (d * e), num := ⟨f ^ (j * e), ⋯⟩, den := ⟨g ^ (j * d), ⋯⟩, den_mem := ⋯ }
⊢ Localization.mk (a * g ^ (j * (d - 1)) * g ^ (j * (e + 1)) * (f ^ (j * e) * f ^ (j * d)))
      (⟨x ^ (j * (e + 1)), ⋯⟩ * ⟨x ^ (j * d), ⋯⟩) =
    Localization.mk a ⟨x ^ j, ⋯⟩

Proof state:
case h.e'_4.h.e'_1
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
n : ℕ
a : A
ha : a ∈ 𝒜 n
j : ℕ
hb' : (fun x_1 => x ^ x_1) j ∈ 𝒜 n
hfg : ¬(f * g) ^ j = 0
this : n = j * (d + e)
x0 : NumDenSameDeg 𝒜 (Submonoid.powers f) :=
  { deg := j * (d * (e + 1)), num := ⟨a * g ^ (j * (d - 1)), ⋯⟩, den := ⟨f ^ (j * (e + 1)), ⋯⟩, den_mem := ⋯ }
⊢ j * (d * e) = (j * d) • e

Tactic:
ring

Result:
no goals

Proof state:
case h.e'_4.h.e'_1
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
n : ℕ
a : A
ha : a ∈ 𝒜 n
j : ℕ
hb' : (fun x_1 => x ^ x_1) j ∈ 𝒜 n
hfg : ¬(f * g) ^ j = 0
this : n = j * (d + e)
⊢ j * (d * (e + 1)) = n + (j * (d - 1)) • e

Tactic:
rw [this]

Result:
case h.e'_4.h.e'_1
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
n : ℕ
a : A
ha : a ∈ 𝒜 n
j : ℕ
hb' : (fun x_1 => x ^ x_1) j ∈ 𝒜 n
hfg : ¬(f * g) ^ j = 0
this : n = j * (d + e)
⊢ j * (d * (e + 1)) = j * (d + e) + (j * (d - 1)) • e

Proof state:
case hxj.convert_8
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
n : ℕ
a : A
ha : a ∈ 𝒜 n
j : ℕ
hb' : (fun x_1 => x ^ x_1) j ∈ 𝒜 n
hfg : ¬(f * g) ^ j = 0
⊢ SetLike.GradedMonoid 𝒜

Tactic:
infer_instance

Result:
no goals

Proof state:
case intro.mk.mk.mk.intro
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
n : ℕ
a : A
ha : a ∈ 𝒜 n
j : ℕ
hb' : (fun x_1 => x ^ x_1) j ∈ 𝒜 n
⊢ ∃ a_1,
    (Algebra.TensorProduct.lift (awayMapₐ 𝒜 hg hx) (awayMapₐ 𝒜 hf ⋯) ⋯) a_1 =
      HomogeneousLocalization.mk { deg := n, num := ⟨a, ha⟩, den := ⟨(fun x_1 => x ^ x_1) j, hb'⟩, den_mem := ⋯ }

Tactic:
by_cases hfg : (f * g) ^ j = 0

Result:
case pos
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
n : ℕ
a : A
ha : a ∈ 𝒜 n
j : ℕ
hb' : (fun x_1 => x ^ x_1) j ∈ 𝒜 n
hfg : (f * g) ^ j = 0
⊢ ∃ a_1,
    (Algebra.TensorProduct.lift (awayMapₐ 𝒜 hg hx) (awayMapₐ 𝒜 hf ⋯) ⋯) a_1 =
      HomogeneousLocalization.mk { deg := n, num := ⟨a, ha⟩, den := ⟨(fun x_1 => x ^ x_1) j, hb'⟩, den_mem := ⋯ }

case neg
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
n : ℕ
a : A
ha : a ∈ 𝒜 n
j : ℕ
hb' : (fun x_1 => x ^ x_1) j ∈ 𝒜 n
hfg : ¬(f * g) ^ j = 0
⊢ ∃ a_1,
    (Algebra.TensorProduct.lift (awayMapₐ 𝒜 hg hx) (awayMapₐ 𝒜 hf ⋯) ⋯) a_1 =
      HomogeneousLocalization.mk { deg := n, num := ⟨a, ha⟩, den := ⟨(fun x_1 => x ^ x_1) j, hb'⟩, den_mem := ⋯ }

Proof state:
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
⊢ Function.Surjective ⇑(Algebra.TensorProduct.lift (awayMapₐ 𝒜 hg hx) (awayMapₐ 𝒜 hf ⋯) ⋯)

Tactic:
intro z

Result:
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
z : Away 𝒜 x
⊢ ∃ a, (Algebra.TensorProduct.lift (awayMapₐ 𝒜 hg hx) (awayMapₐ 𝒜 hf ⋯) ⋯) a = z

Proof state:
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
z : Away 𝒜 x
⊢ ∃ a, (Algebra.TensorProduct.lift (awayMapₐ 𝒜 hg hx) (awayMapₐ 𝒜 hf ⋯) ⋯) a = z

Tactic:
obtain ⟨⟨n, ⟨a, ha⟩, ⟨b, hb'⟩, ⟨j, (rfl : _ = b)⟩⟩, rfl⟩ := mk_surjective z

Result:
case intro.mk.mk.mk.intro
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
n : ℕ
a : A
ha : a ∈ 𝒜 n
j : ℕ
hb' : (fun x_1 => x ^ x_1) j ∈ 𝒜 n
⊢ ∃ a_1,
    (Algebra.TensorProduct.lift (awayMapₐ 𝒜 hg hx) (awayMapₐ 𝒜 hf ⋯) ⋯) a_1 =
      HomogeneousLocalization.mk { deg := n, num := ⟨a, ha⟩, den := ⟨(fun x_1 => x ^ x_1) j, hb'⟩, den_mem := ⋯ }

Proof state:
case hx
R : Type u_1
A : Type u_2
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing A
inst✝¹ : Algebra R A
𝒜 : ℕ → Submodule R A
inst✝ : GradedAlgebra 𝒜
d e : ℕ
f : A
hf : f ∈ 𝒜 d
g : A
hg : g ∈ 𝒜 e
x : A
hx : x = f * g
hd : 0 < d
n : ℕ
a : A
ha : a ∈ 𝒜 n
j : ℕ
hb' : (fun x_1 => x ^ x_1) j ∈ 𝒜 n
hfg : ¬(f * g) ^ j = 0
⊢ (fun x_1 => x ^ x_1) j ≠ 0

Tactic:
exact hx ▸ hfg

Result:
no goals