-- Mathlib/LinearAlgebra/Span/Defs.lean
theorem mem_span_finite_of_mem_span {S : Set M} {x : M} (hx : x ∈ span R S) :
    ∃ T : Finset M, ↑T ⊆ S ∧ x ∈ span R (T : Set M)

Proof state:
case refine_1
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx✝ : x✝ ∈ span R S
x : M
hx : x ∈ S
⊢ ∃ T, ↑T ⊆ S ∧ x ∈ span R ↑T

Tactic:
refine ⟨{x}, ?_, ?_⟩

Result:
case refine_1.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx✝ : x✝ ∈ span R S
x : M
hx : x ∈ S
⊢ ↑{x} ⊆ S

case refine_1.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx✝ : x✝ ∈ span R S
x : M
hx : x ∈ S
⊢ x ∈ span R ↑{x}

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x : M
hx : x ∈ span R S
⊢ ∃ T, ↑T ⊆ S ∧ x ∈ span R ↑T

Tactic:
refine span_induction (fun x hx => ?_) ?_ ?_ ?_ hx

Result:
case refine_1
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx✝ : x✝ ∈ span R S
x : M
hx : x ∈ S
⊢ ∃ T, ↑T ⊆ S ∧ x ∈ span R ↑T

case refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x : M
hx : x ∈ span R S
⊢ ∃ T, ↑T ⊆ S ∧ 0 ∈ span R ↑T

case refine_3
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x : M
hx : x ∈ span R S
⊢ ∀ (x y : M),
    x ∈ span R S →
      y ∈ span R S → (∃ T, ↑T ⊆ S ∧ x ∈ span R ↑T) → (∃ T, ↑T ⊆ S ∧ y ∈ span R ↑T) → ∃ T, ↑T ⊆ S ∧ x + y ∈ span R ↑T

case refine_4
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x : M
hx : x ∈ span R S
⊢ ∀ (a : R), ∀ x ∈ span R S, (∃ T, ↑T ⊆ S ∧ x ∈ span R ↑T) → ∃ T, ↑T ⊆ S ∧ a • x ∈ span R ↑T

Proof state:
case refine_3.intro.intro.intro.intro.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx : x✝ ∈ span R S
x y : M
X : Finset M
hX : ↑X ⊆ S
hxX : x ∈ span R ↑X
Y : Finset M
hY : ↑Y ⊆ S
hyY : y ∈ span R ↑Y
⊢ ↑(X ∪ Y) ⊆ S

Tactic:
rw [Finset.coe_union]

Result:
case refine_3.intro.intro.intro.intro.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx : x✝ ∈ span R S
x y : M
X : Finset M
hX : ↑X ⊆ S
hxX : x ∈ span R ↑X
Y : Finset M
hY : ↑Y ⊆ S
hyY : y ∈ span R ↑Y
⊢ ↑X ∪ ↑Y ⊆ S

Proof state:
case refine_1.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx✝ : x✝ ∈ span R S
x : M
hx : x ∈ S
⊢ x ∈ span R ↑{x}

Tactic:
rw [Finset.coe_singleton]

Result:
case refine_1.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx✝ : x✝ ∈ span R S
x : M
hx : x ∈ S
⊢ x ∈ span R {x}

Proof state:
case refine_1.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx✝ : x✝ ∈ span R S
x : M
hx : x ∈ S
⊢ ↑{x} ⊆ S

Tactic:
rwa [Finset.coe_singleton, Set.singleton_subset_iff]

Result:
no goals

Proof state:
case refine_3.intro.intro.intro.intro.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx : x✝ ∈ span R S
x y : M
X : Finset M
hX : ↑X ⊆ S
hxX : x ∈ span R ↑X
Y : Finset M
hY : ↑Y ⊆ S
hyY : y ∈ span R ↑Y
⊢ ∃ y_1 ∈ span R ↑X, ∃ z ∈ span R ↑Y, y_1 + z = x + y

Tactic:
exact ⟨x, hxX, y, hyY, rfl⟩

Result:
no goals

Proof state:
case refine_3
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x : M
hx : x ∈ span R S
⊢ ∀ (x y : M),
    x ∈ span R S →
      y ∈ span R S → (∃ T, ↑T ⊆ S ∧ x ∈ span R ↑T) → (∃ T, ↑T ⊆ S ∧ y ∈ span R ↑T) → ∃ T, ↑T ⊆ S ∧ x + y ∈ span R ↑T

Tactic:
rintro x y - - ⟨X, hX, hxX⟩ ⟨Y, hY, hyY⟩

Result:
case refine_3.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx : x✝ ∈ span R S
x y : M
X : Finset M
hX : ↑X ⊆ S
hxX : x ∈ span R ↑X
Y : Finset M
hY : ↑Y ⊆ S
hyY : y ∈ span R ↑Y
⊢ ∃ T, ↑T ⊆ S ∧ x + y ∈ span R ↑T

Proof state:
case refine_4.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx : x✝ ∈ span R S
a : R
x : M
T : Finset M
hT : ↑T ⊆ S
h2 : x ∈ span R ↑T
⊢ ∃ T, ↑T ⊆ S ∧ a • x ∈ span R ↑T

Tactic:
exact ⟨T, hT, smul_mem _ _ h2⟩

Result:
no goals

Proof state:
case refine_3.intro.intro.intro.intro.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx : x✝ ∈ span R S
x y : M
X : Finset M
hX : ↑X ⊆ S
hxX : x ∈ span R ↑X
Y : Finset M
hY : ↑Y ⊆ S
hyY : y ∈ span R ↑Y
⊢ ↑X ∪ ↑Y ⊆ S

Tactic:
exact Set.union_subset hX hY

Result:
no goals

Proof state:
case refine_3.intro.intro.intro.intro.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx : x✝ ∈ span R S
x y : M
X : Finset M
hX : ↑X ⊆ S
hxX : x ∈ span R ↑X
Y : Finset M
hY : ↑Y ⊆ S
hyY : y ∈ span R ↑Y
⊢ x + y ∈ span R ↑(X ∪ Y)

Tactic:
rw [Finset.coe_union, span_union, mem_sup]

Result:
case refine_3.intro.intro.intro.intro.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx : x✝ ∈ span R S
x y : M
X : Finset M
hX : ↑X ⊆ S
hxX : x ∈ span R ↑X
Y : Finset M
hY : ↑Y ⊆ S
hyY : y ∈ span R ↑Y
⊢ ∃ y_1 ∈ span R ↑X, ∃ z ∈ span R ↑Y, y_1 + z = x + y

Proof state:
case refine_4
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x : M
hx : x ∈ span R S
⊢ ∀ (a : R), ∀ x ∈ span R S, (∃ T, ↑T ⊆ S ∧ x ∈ span R ↑T) → ∃ T, ↑T ⊆ S ∧ a • x ∈ span R ↑T

Tactic:
rintro a x - ⟨T, hT, h2⟩

Result:
case refine_4.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx : x✝ ∈ span R S
a : R
x : M
T : Finset M
hT : ↑T ⊆ S
h2 : x ∈ span R ↑T
⊢ ∃ T, ↑T ⊆ S ∧ a • x ∈ span R ↑T

Proof state:
case h
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x : M
hx : x ∈ span R S
⊢ ↑∅ ⊆ S ∧ 0 ∈ span R ↑∅

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
case refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x : M
hx : x ∈ span R S
⊢ ∃ T, ↑T ⊆ S ∧ 0 ∈ span R ↑T

Tactic:
use ∅

Result:
case h
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x : M
hx : x ∈ span R S
⊢ ↑∅ ⊆ S ∧ 0 ∈ span R ↑∅

Proof state:
case refine_1.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx✝ : x✝ ∈ span R S
x : M
hx : x ∈ S
⊢ x ∈ span R {x}

Tactic:
exact Submodule.mem_span_singleton_self x

Result:
no goals

Proof state:
case refine_3.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx : x✝ ∈ span R S
x y : M
X : Finset M
hX : ↑X ⊆ S
hxX : x ∈ span R ↑X
Y : Finset M
hY : ↑Y ⊆ S
hyY : y ∈ span R ↑Y
⊢ ∃ T, ↑T ⊆ S ∧ x + y ∈ span R ↑T

Tactic:
refine ⟨X ∪ Y, ?_, ?_⟩

Result:
case refine_3.intro.intro.intro.intro.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx : x✝ ∈ span R S
x y : M
X : Finset M
hX : ↑X ⊆ S
hxX : x ∈ span R ↑X
Y : Finset M
hY : ↑Y ⊆ S
hyY : y ∈ span R ↑Y
⊢ ↑(X ∪ Y) ⊆ S

case refine_3.intro.intro.intro.intro.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
S : Set M
x✝ : M
hx : x✝ ∈ span R S
x y : M
X : Finset M
hX : ↑X ⊆ S
hxX : x ∈ span R ↑X
Y : Finset M
hY : ↑Y ⊆ S
hyY : y ∈ span R ↑Y
⊢ x + y ∈ span R ↑(X ∪ Y)