-- Mathlib/LinearAlgebra/Dimension/RankNullity.lean
theorem exists_linearIndependent_cons_of_lt_rank [StrongRankCondition R] {n : ℕ} {v : Fin n → M}
    (hv : LinearIndependent R v) (h : n < Module.rank R M) :
    ∃ (x : M), LinearIndependent R (Fin.cons x v)

Proof state:
case intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : HasRankNullity.{u, u_1} R
inst✝ : StrongRankCondition R
n : ℕ
v : Fin n → M
hv : LinearIndependent R v
h : ↑n < Module.rank R M
t : Set M
h₁ : Set.range v ⊆ t
h₂ : #↑t = Module.rank R M
h₃ : LinearIndepOn R _root_.id t
this : Set.range v ≠ t
⊢ ∃ x, LinearIndependent R (Fin.cons x v)

Tactic:
obtain ⟨x, hx, hx'⟩ := nonempty_of_ssubset (h₁.ssubset_of_ne this)

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : HasRankNullity.{u, u_1} R
inst✝ : StrongRankCondition R
n : ℕ
v : Fin n → M
hv : LinearIndependent R v
h : ↑n < Module.rank R M
t : Set M
h₁ : Set.range v ⊆ t
h₂ : #↑t = Module.rank R M
h₃ : LinearIndepOn R _root_.id t
this : Set.range v ≠ t
x : M
hx : x ∈ t
hx' : x ∉ Set.range v
⊢ ∃ x, LinearIndependent R (Fin.cons x v)

Proof state:
case intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : HasRankNullity.{u, u_1} R
inst✝ : StrongRankCondition R
n : ℕ
v : Fin n → M
hv : LinearIndependent R v
h : ↑n < Module.rank R M
t : Set M
h₁ : Set.range v ⊆ t
h₂ : #↑t = Module.rank R M
h₃ : LinearIndepOn R _root_.id t
⊢ ∃ x, LinearIndependent R (Fin.cons x v)

Tactic:
have : range v ≠ t := by
  refine fun e ↦ h.ne ?_
  rw [← e, ← lift_injective.eq_iff, mk_range_eq_of_injective hv.injective] at h₂
  simpa only [mk_fintype, Fintype.card_fin, lift_natCast, lift_id'] using h₂

Result:
case intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : HasRankNullity.{u, u_1} R
inst✝ : StrongRankCondition R
n : ℕ
v : Fin n → M
hv : LinearIndependent R v
h : ↑n < Module.rank R M
t : Set M
h₁ : Set.range v ⊆ t
h₂ : #↑t = Module.rank R M
h₃ : LinearIndepOn R _root_.id t
this : Set.range v ≠ t
⊢ ∃ x, LinearIndependent R (Fin.cons x v)

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : HasRankNullity.{u, u_1} R
inst✝ : StrongRankCondition R
n : ℕ
v : Fin n → M
hv : LinearIndependent R v
h : ↑n < Module.rank R M
t : Set M
h₁ : Set.range v ⊆ t
h₂ : lift.{u, 0} #(Fin n) = lift.{0, u} (Module.rank R M)
h₃ : LinearIndepOn R _root_.id t
e : Set.range v = t
⊢ ↑n = Module.rank R M

Tactic:
simpa only [mk_fintype, Fintype.card_fin, lift_natCast, lift_id'] using h₂

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : HasRankNullity.{u, u_1} R
inst✝ : StrongRankCondition R
n : ℕ
v : Fin n → M
hv : LinearIndependent R v
h : ↑n < Module.rank R M
t : Set M
h₁ : Set.range v ⊆ t
h₂ : #↑t = Module.rank R M
h₃ : LinearIndepOn R _root_.id t
e : Set.range v = t
⊢ ↑n = Module.rank R M

Tactic:
rw [← e, ← lift_injective.eq_iff, mk_range_eq_of_injective hv.injective] at h₂

Result:
R : Type u_1
M : Type u
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : HasRankNullity.{u, u_1} R
inst✝ : StrongRankCondition R
n : ℕ
v : Fin n → M
hv : LinearIndependent R v
h : ↑n < Module.rank R M
t : Set M
h₁ : Set.range v ⊆ t
h₂ : lift.{u, 0} #(Fin n) = lift.{0, u} (Module.rank R M)
h₃ : LinearIndepOn R _root_.id t
e : Set.range v = t
⊢ ↑n = Module.rank R M

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : HasRankNullity.{u, u_1} R
inst✝ : StrongRankCondition R
n : ℕ
v : Fin n → M
hv : LinearIndependent R v
h : ↑n < Module.rank R M
t : Set M
h₁ : Set.range v ⊆ t
h₂ : #↑t = Module.rank R M
h₃ : LinearIndepOn R _root_.id t
⊢ Set.range v ≠ t

Tactic:
refine fun e ↦ h.ne ?_

Result:
R : Type u_1
M : Type u
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : HasRankNullity.{u, u_1} R
inst✝ : StrongRankCondition R
n : ℕ
v : Fin n → M
hv : LinearIndependent R v
h : ↑n < Module.rank R M
t : Set M
h₁ : Set.range v ⊆ t
h₂ : #↑t = Module.rank R M
h₃ : LinearIndepOn R _root_.id t
e : Set.range v = t
⊢ ↑n = Module.rank R M

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : HasRankNullity.{u, u_1} R
inst✝ : StrongRankCondition R
n : ℕ
v : Fin n → M
hv : LinearIndependent R v
h : ↑n < Module.rank R M
⊢ ∃ x, LinearIndependent R (Fin.cons x v)

Tactic:
obtain ⟨t, h₁, h₂, h₃⟩ := exists_linearIndepOn_of_lt_rank hv.linearIndepOn_id

Result:
case intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : HasRankNullity.{u, u_1} R
inst✝ : StrongRankCondition R
n : ℕ
v : Fin n → M
hv : LinearIndependent R v
h : ↑n < Module.rank R M
t : Set M
h₁ : Set.range v ⊆ t
h₂ : #↑t = Module.rank R M
h₃ : LinearIndepOn R _root_.id t
⊢ ∃ x, LinearIndependent R (Fin.cons x v)

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : HasRankNullity.{u, u_1} R
inst✝ : StrongRankCondition R
n : ℕ
v : Fin n → M
hv : LinearIndependent R v
h : ↑n < Module.rank R M
t : Set M
h₁ : Set.range v ⊆ t
h₂ : #↑t = Module.rank R M
h₃ : LinearIndepOn R _root_.id t
this : Set.range v ≠ t
x : M
hx : x ∈ t
hx' : x ∉ Set.range v
⊢ ∃ x, LinearIndependent R (Fin.cons x v)

Tactic:
exact ⟨x, (linearIndepOn_id_range_iff (Fin.cons_injective_iff.mpr ⟨hx', hv.injective⟩)).mp
  (h₃.mono (Fin.range_cons x v ▸ insert_subset hx h₁))⟩

Result:
no goals