-- Mathlib/RingTheory/DiscreteValuationRing/TFAE.lean
theorem exists_maximalIdeal_pow_eq_of_principal [IsNoetherianRing R] [IsLocalRing R] [IsDomain R]
    (h' : (maximalIdeal R).IsPrincipal) (I : Ideal R) (hI : I ≠ ⊥) :
    ∃ n : ℕ, I = maximalIdeal R ^ n

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
f : Multiset R
hf₁ : ∀ b ∈ f, Irreducible b
hf₂ : f ≠ ∅
hr₁ : f.prod ≠ 0
hr₂ : f.prod ∈ nonunits R
b : R
hb : b ∈ f
⊢ Associated x b

Tactic:
exact Irreducible.associated_of_dvd hx' (hf₁ b hb) ((H b).mp (hf₁ b hb).1)

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.empty
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
hf₂ : 0 ≠ ∅
this : ∀ b ∈ 0, Associated x b
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) (Multiset.prod 0)

Tactic:
exact (hf₂ rfl).elim

Result:
no goals

Proof state:
case h.a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
⊢ maximalIdeal R ^ Nat.find this ≤ I

Tactic:
rw [hx, Ideal.span_singleton_pow, Ideal.span_le, Set.singleton_subset_iff]

Result:
case h.a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
⊢ x ^ Nat.find this ∈ ↑I

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
⊢ x ≠ 0

Tactic:
rintro rfl

Result:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
hI' : ¬I = ⊤
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {0}
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ 0 ∣ r
⊢ False

Proof state:
case intro.intro.intro.cons.inr.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
fa : R
fs : Multiset R
fh : fs ≠ ∅ → (∀ b ∈ fs, Associated x b) → ∃ n, Associated (x ^ n) fs.prod
hf₂ : fa ::ₘ fs ≠ ∅
this : ∀ b ∈ fa ::ₘ fs, Associated x b
hf' : fs ≠ ∅
n : ℕ
hn : Associated (x ^ n) fs.prod
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) (fa ::ₘ fs).prod

Tactic:
use n + 1

Result:
case h
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
fa : R
fs : Multiset R
fh : fs ≠ ∅ → (∀ b ∈ fs, Associated x b) → ∃ n, Associated (x ^ n) fs.prod
hf₂ : fa ::ₘ fs ≠ ∅
this : ∀ b ∈ fa ::ₘ fs, Associated x b
hf' : fs ≠ ∅
n : ℕ
hn : Associated (x ^ n) fs.prod
⊢ Associated (x ^ (n + 1)) (fa ::ₘ fs).prod

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h✝ : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
h : ∀ r ∈ I, r = 0
⊢ I = ⊥

Tactic:
rw [eq_bot_iff]

Result:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h✝ : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
h : ∀ r ∈ I, r = 0
⊢ I ≤ ⊥

Proof state:
case intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
n : ℕ
u : Rˣ
hr₁ : x ^ n * ↑u ∈ I
hr₂ : x ^ n * ↑u ≠ 0
⊢ ∃ n, x ^ n ∈ I

Tactic:
use n

Result:
case h
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
n : ℕ
u : Rˣ
hr₁ : x ^ n * ↑u ∈ I
hr₂ : x ^ n * ↑u ≠ 0
⊢ x ^ n ∈ I

Proof state:
case pos
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
h' : Submodule.IsPrincipal (maximalIdeal R)
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : IsField R
x✝ : Field R := h.toField
⊢ ∃ n, I = maximalIdeal R ^ n

Tactic:
exact ⟨0, by simp [(eq_bot_or_eq_top I).resolve_left hI]⟩

Result:
no goals

Proof state:
case pos
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : I = ⊤
⊢ ∃ n, I = maximalIdeal R ^ n

Tactic:
use 0

Result:
case h
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : I = ⊤
⊢ I = maximalIdeal R ^ 0

Proof state:
case neg.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
n : ℕ
u : Rˣ
hs₁ : x ^ n * ↑u ∈ I
hs₂ : x ^ n * ↑u ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
hs₃ : ¬x ^ n * ↑u = 0
⊢ x ^ n * ↑u ∈ maximalIdeal R ^ Nat.find this

Tactic:
rw [mul_comm, Ideal.unit_mul_mem_iff_mem _ u.isUnit] at hs₁ ⊢

Result:
case neg.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
n : ℕ
u : Rˣ
hs₁ : x ^ n ∈ I
hs₂ : x ^ n * ↑u ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
hs₃ : ¬x ^ n * ↑u = 0
⊢ x ^ n ∈ maximalIdeal R ^ Nat.find this

Proof state:
case neg
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
h' : Submodule.IsPrincipal (maximalIdeal R)
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
⊢ ∃ n, I = maximalIdeal R ^ n

Tactic:
obtain ⟨x, hx : _ = Ideal.span _⟩ := h'

Result:
case neg.mk.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
⊢ ∃ n, I = maximalIdeal R ^ n