-- Mathlib/Algebra/Lie/Weights/Killing.lean
lemma traceForm_eq_zero_of_mem_ker_of_mem_span_coroot {α : Weight K H L} {x y : H}
    (hx : x ∈ α.ker) (hy : y ∈ K ∙ coroot α) :
    traceForm K H L x y = 0

Proof state:
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y : ↥H
hx : x ∈ Weight.ker
hy : y ∈ span K {x | ∃ y ∈ rootSpace H ⇑α, ∃ z ∈ rootSpace H (-⇑α), ⁅y, z⁆ = ↑x}
⊢ ((traceForm K (↥H) L) x) y = 0

Tactic:
induction hy using Submodule.span_induction with
| mem z hz =>
  obtain ⟨u, hu, v, -, huv⟩ := hz
  change killingForm K L (x : L) (z : L) = 0
  replace hx : α x = 0 := by simpa using hx
  rw [← huv, ← traceForm_apply_lie_apply, ← LieSubalgebra.coe_bracket_of_module,
    lie_eq_smul_of_mem_rootSpace hu, hx, zero_smul, map_zero, LinearMap.zero_apply]
| zero => simp
| add _ _ _ _ hx hy => simp [hx, hy]
| smul _ _ _ hz => simp [hz]

Result:
no goals

Proof state:
case add
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y : ↥H
hx✝¹ : x ∈ Weight.ker
x✝ y✝ : ↥H
hx✝ : x✝ ∈ span K {x | ∃ y ∈ rootSpace H ⇑α, ∃ z ∈ rootSpace H (-⇑α), ⁅y, z⁆ = ↑x}
hy✝ : y✝ ∈ span K {x | ∃ y ∈ rootSpace H ⇑α, ∃ z ∈ rootSpace H (-⇑α), ⁅y, z⁆ = ↑x}
hx : ((traceForm K (↥H) L) x) x✝ = 0
hy : ((traceForm K (↥H) L) x) y✝ = 0
⊢ ((traceForm K (↥H) L) x) (x✝ + y✝) = 0

Tactic:
simp [hx, hy]

Result:
no goals

Proof state:
case zero
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y : ↥H
hx : x ∈ Weight.ker
⊢ ((traceForm K (↥H) L) x) 0 = 0

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
case mem
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y : ↥H
hx : x ∈ Weight.ker
z : ↥H
hz : z ∈ {x | ∃ y ∈ rootSpace H ⇑α, ∃ z ∈ rootSpace H (-⇑α), ⁅y, z⁆ = ↑x}
⊢ ((traceForm K (↥H) L) x) z = 0

Tactic:
obtain ⟨u, hu, v, -, huv⟩ := hz

Result:
case mem.intro.intro.intro.intro
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y : ↥H
hx : x ∈ Weight.ker
z : ↥H
u : L
hu : u ∈ rootSpace H ⇑α
v : L
huv : ⁅u, v⁆ = ↑z
⊢ ((traceForm K (↥H) L) x) z = 0

Proof state:
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y : ↥H
hx : x ∈ Weight.ker
z : ↥H
u : L
hu : u ∈ rootSpace H ⇑α
v : L
huv : ⁅u, v⁆ = ↑z
⊢ α x = 0

Tactic:
simpa using hx

Result:
no goals

Proof state:
case mem.intro.intro.intro.intro
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y : ↥H
hx : x ∈ Weight.ker
z : ↥H
u : L
hu : u ∈ rootSpace H ⇑α
v : L
huv : ⁅u, v⁆ = ↑z
⊢ ((killingForm K L) ↑x) ↑z = 0

Tactic:
replace hx : α x = 0 := by simpa using hx

Result:
case mem.intro.intro.intro.intro
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y z : ↥H
u : L
hu : u ∈ rootSpace H ⇑α
v : L
huv : ⁅u, v⁆ = ↑z
hx : α x = 0
⊢ ((killingForm K L) ↑x) ↑z = 0

Proof state:
case mem.intro.intro.intro.intro
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y : ↥H
hx : x ∈ Weight.ker
z : ↥H
u : L
hu : u ∈ rootSpace H ⇑α
v : L
huv : ⁅u, v⁆ = ↑z
⊢ ((traceForm K (↥H) L) x) z = 0

Tactic:
change killingForm K L (x : L) (z : L) = 0

Result:
case mem.intro.intro.intro.intro
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y : ↥H
hx : x ∈ Weight.ker
z : ↥H
u : L
hu : u ∈ rootSpace H ⇑α
v : L
huv : ⁅u, v⁆ = ↑z
⊢ ((killingForm K L) ↑x) ↑z = 0

Proof state:
case smul
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y : ↥H
hx : x ∈ Weight.ker
a✝ : K
x✝ : ↥H
hx✝ : x✝ ∈ span K {x | ∃ y ∈ rootSpace H ⇑α, ∃ z ∈ rootSpace H (-⇑α), ⁅y, z⁆ = ↑x}
hz : ((traceForm K (↥H) L) x) x✝ = 0
⊢ ((traceForm K (↥H) L) x) (a✝ • x✝) = 0

Tactic:
simp [hz]

Result:
no goals

Proof state:
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y : ↥H
hx : x ∈ Weight.ker
hy : y ∈ span K {coroot α}
⊢ ((traceForm K (↥H) L) x) y = 0

Tactic:
rw [← coe_corootSpace_eq_span_singleton, LieSubmodule.mem_toSubmodule, mem_corootSpace'] at hy

Result:
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y : ↥H
hx : x ∈ Weight.ker
hy : y ∈ span K {x | ∃ y ∈ rootSpace H ⇑α, ∃ z ∈ rootSpace H (-⇑α), ⁅y, z⁆ = ↑x}
⊢ ((traceForm K (↥H) L) x) y = 0

Proof state:
case mem.intro.intro.intro.intro
K : Type u_2
L : Type u_3
inst✝⁷ : LieRing L
inst✝⁶ : Field K
inst✝⁵ : LieAlgebra K L
inst✝⁴ : FiniteDimensional K L
H : LieSubalgebra K L
inst✝³ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝² : IsKilling K L
inst✝¹ : IsTriangularizable K (↥H) L
inst✝ : CharZero K
α : Weight K (↥H) L
x y z : ↥H
u : L
hu : u ∈ rootSpace H ⇑α
v : L
huv : ⁅u, v⁆ = ↑z
hx : α x = 0
⊢ ((killingForm K L) ↑x) ↑z = 0

Tactic:
rw [← huv, ← traceForm_apply_lie_apply, ← LieSubalgebra.coe_bracket_of_module,
  lie_eq_smul_of_mem_rootSpace hu, hx, zero_smul, map_zero, LinearMap.zero_apply]

Result:
no goals