-- Mathlib/FieldTheory/Extension.lean
theorem nonempty_algHom_of_exist_lifts_finset [alg : Algebra.IsAlgebraic F E]
    (h : ∀ S : Finset E, ∃ σ : Lifts F E K, (S : Set E) ⊆ σ.carrier) :
    Nonempty (E →ₐ[F] K)

Proof state:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝² : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝¹ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this✝ : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
L : Λ → Lifts F E K := fun σ => { carrier := restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯, emb := AlgHom.restrictScalars F σ }
hL : ∀ (σ : Λ), ϕ < L σ
ϕ_ext : ϕ.IsExtendible
ϕ_max : ∀ ⦃y : Lifts F E K⦄, ϕ < y → ∃ S, ∀ τ ≥ y, ¬↑S ⊆ ↑τ.carrier
S : Λ → Finset E
hS : ∀ (σ : Λ), ∀ τ ≥ L σ, ¬↑(S σ) ⊆ ↑τ.carrier
θ : Lifts F E K
hθϕ : θ ≥ ϕ
hθ : α ∈ ↑θ.carrier ∧ ∀ (i : Λ), ↑(S i) ⊆ ↑θ.carrier
this : restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯ ≤ θ.carrier
⊢ False

Tactic:
exact hS ⟨(θ.emb.comp <| inclusion this).toRingHom, hθϕ.2⟩ θ ⟨this, fun _ ↦ rfl⟩ (hθ.2 _)

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝¹ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
L : Λ → Lifts F E K := fun σ => { carrier := restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯, emb := AlgHom.restrictScalars F σ }
hL : ∀ (σ : Λ), ϕ < L σ
ϕ_ext : ϕ.IsExtendible
ϕ_max : ∀ ⦃y : Lifts F E K⦄, ϕ < y → ¬∀ (S : Finset E), ∃ τ ≥ y, ↑S ⊆ ↑τ.carrier
⊢ False

Tactic:
push_neg at ϕ_max

Result:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝¹ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
L : Λ → Lifts F E K := fun σ => { carrier := restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯, emb := AlgHom.restrictScalars F σ }
hL : ∀ (σ : Λ), ϕ < L σ
ϕ_ext : ϕ.IsExtendible
ϕ_max : ∀ ⦃y : Lifts F E K⦄, ϕ < y → ∃ S, ∀ τ ≥ y, ¬↑S ⊆ ↑τ.carrier
⊢ False

Proof state:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
⊢ False

Tactic:
let Λ := ϕ.carrier⟮α⟯ →ₐ[ϕ.carrier] K

Result:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
⊢ False

Proof state:
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝¹ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
L : Λ → Lifts F E K := fun σ => { carrier := restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯, emb := AlgHom.restrictScalars F σ }
hL : ∀ (σ : Λ), ϕ < L σ
ϕ_ext : ϕ.IsExtendible
ϕ_max : ∀ ⦃y : Lifts F E K⦄, ϕ < y → ∃ S, ∀ τ ≥ y, ¬↑S ⊆ ↑τ.carrier
S : Λ → Finset E
hS : ∀ (σ : Λ), ∀ τ ≥ L σ, ¬↑(S σ) ⊆ ↑τ.carrier
θ : Lifts F E K
hθϕ : θ ≥ ϕ
hθ : α ∈ ↑θ.carrier ∧ ∀ (i : Λ), ↑(S i) ⊆ ↑θ.carrier
⊢ ϕ.carrier ≤ θ.carrier ∧ α ∈ θ.carrier

Tactic:
exact ⟨hθϕ.1, hθ.1⟩

Result:
no goals

Proof state:
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝¹ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
L : Λ → Lifts F E K := fun σ => { carrier := restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯, emb := AlgHom.restrictScalars F σ }
hL : ∀ (σ : Λ), ϕ < L σ
ϕ_ext : ϕ.IsExtendible
ϕ_max : ∀ ⦃y : Lifts F E K⦄, ϕ < y → ∃ S, ∀ τ ≥ y, ¬↑S ⊆ ↑τ.carrier
S : Λ → Finset E
hS : ∀ (σ : Λ), ∀ τ ≥ L σ, ¬↑(S σ) ⊆ ↑τ.carrier
θ : Lifts F E K
hθϕ : θ ≥ ϕ
hθ : α ∈ ↑θ.carrier ∧ ∀ (i : Λ), ↑(S i) ⊆ ↑θ.carrier
⊢ restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯ ≤ θ.carrier

Tactic:
rw [restrictScalars_adjoin_eq_sup, sup_le_iff, adjoin_simple_le_iff]

Result:
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝¹ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
L : Λ → Lifts F E K := fun σ => { carrier := restrictScalars F (↥ϕ.carrier)⟮α⟯, emb := AlgHom.restrictScalars F σ }
hL : ∀ (σ : Λ), ϕ < L σ
ϕ_ext : ϕ.IsExtendible
ϕ_max : ∀ ⦃y : Lifts F E K⦄, ϕ < y → ∃ S, ∀ τ ≥ y, ¬↑S ⊆ ↑τ.carrier
S : Λ → Finset E
hS : ∀ (σ : Λ), ∀ τ ≥ L σ, ¬↑(S σ) ⊆ ↑τ.carrier
θ : Lifts F E K
hθϕ : θ ≥ ϕ
hθ : α ∈ ↑θ.carrier ∧ ∀ (i : Λ), ↑(S i) ⊆ ↑θ.carrier
⊢ ϕ.carrier ≤ θ.carrier ∧ α ∈ θ.carrier

Proof state:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
⊢ False

Tactic:
have := finiteDimensional_adjoin (S := {α}) fun _ _ ↦ ((alg.tower_top ϕ.carrier).isIntegral).1 _

Result:
case intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
K : Type u_3
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Field E
inst✝² : Field K
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Algebra F K
alg : Algebra.IsAlgebraic F E
h : ∀ (S : Finset E), ∃ σ, ↑S ⊆ ↑σ.carrier
this✝¹ : ⊥.IsExtendible
ϕ : Lifts F E K
hϕ : Maximal (fun x => x ∈ {ϕ | ϕ.IsExtendible}) ϕ
this✝ : ϕ.carrier ≠ ⊤
α : E
hα : α ∉ ϕ.carrier
x✝ : Algebra (↥ϕ.carrier) K := ϕ.emb.toAlgebra
Λ : Type (max u_2 u_3) := ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯ →ₐ[↥ϕ.carrier] K
this : FiniteDimensional ↥ϕ.carrier ↥(↥ϕ.carrier)⟮α⟯
⊢ False