-- Mathlib/LinearAlgebra/Eigenspace/Triangularizable.lean
theorem inf_iSup_genEigenspace [FiniteDimensional K V] (h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p) (k : ℕ∞) :
    p ⊓ ⨆ μ, f.genEigenspace μ k = ⨆ μ, p ⊓ f.genEigenspace μ k

Proof state:
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∈ m.support
l : K → ℕ
hlk : ∀ (i : K), ↑(l i) ≤ k
hl : ∀ (i : K), m i ∈ LinearMap.ker ((f - i • 1) ^ l i)
l₀ : ℕ := m.support.sup l
h_comm : ∀ (μ₁ μ₂ : K), Commute ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₂) ^ l₀)
g : End K V := (m.support.erase μ).noncommProd (fun μ₁ => (f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ⋯
hfg : Commute f g
μ' : K
hμ' : μ' ∈ m.support
hμμ' : ¬μ' = μ
⊢ ((f - (algebraMap K (End K V)) μ') ^ l₀) (m μ') = 0

Tactic:
rw [← LinearMap.mem_ker, Algebra.algebraMap_eq_smul_one, ← End.mem_genEigenspace_nat]

Result:
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∈ m.support
l : K → ℕ
hlk : ∀ (i : K), ↑(l i) ≤ k
hl : ∀ (i : K), m i ∈ LinearMap.ker ((f - i • 1) ^ l i)
l₀ : ℕ := m.support.sup l
h_comm : ∀ (μ₁ μ₂ : K), Commute ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₂) ^ l₀)
g : End K V := (m.support.erase μ).noncommProd (fun μ₁ => (f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ⋯
hfg : Commute f g
μ' : K
hμ' : μ' ∈ m.support
hμμ' : ¬μ' = μ
⊢ m μ' ∈ (f.genEigenspace μ') ↑l₀

Proof state:
case intro.intro.intro
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
⊢ m μ ∈ p

Tactic:
by_cases hμ : μ ∈ m.support

Result:
case pos
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∈ m.support
⊢ m μ ∈ p

case neg
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∉ m.support
⊢ m μ ∈ p

Proof state:
case pos
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∈ m.support
l : K → ℕ
hlk : ∀ (i : K), ↑(l i) ≤ k
hl : ∀ (i : K), m i ∈ LinearMap.ker ((f - i • 1) ^ l i)
l₀ : ℕ := m.support.sup l
⊢ m μ ∈ p

Tactic:
have h_comm : ∀ (μ₁ μ₂ : K),
  Commute ((f - algebraMap K (End K V) μ₁) ^ l₀)
          ((f - algebraMap K (End K V) μ₂) ^ l₀) := fun μ₁ μ₂ ↦
  ((Commute.sub_right rfl <| Algebra.commute_algebraMap_right _ _).sub_left
    (Algebra.commute_algebraMap_left _ _)).pow_pow _ _

Result:
case pos
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∈ m.support
l : K → ℕ
hlk : ∀ (i : K), ↑(l i) ≤ k
hl : ∀ (i : K), m i ∈ LinearMap.ker ((f - i • 1) ^ l i)
l₀ : ℕ := m.support.sup l
h_comm : ∀ (μ₁ μ₂ : K), Commute ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₂) ^ l₀)
⊢ m μ ∈ p

Proof state:
case intro.intro.intro
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
⊢ (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, p ⊓ (f.genEigenspace μ) k

Tactic:
suffices ∀ μ, (m μ : V) ∈ p by
  exact (mem_iSup_iff_exists_finsupp _ _).mpr ⟨m, fun μ ↦ mem_inf.mp ⟨this μ, hm₂ μ⟩, rfl⟩

Result:
case intro.intro.intro
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
⊢ ∀ (μ : K), m μ ∈ p

Proof state:
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∈ m.support
l : K → ℕ
hlk : ∀ (i : K), ↑(l i) ≤ k
hl : ∀ (i : K), m i ∈ LinearMap.ker ((f - i • 1) ^ l i)
l₀ : ℕ := m.support.sup l
h_comm : ∀ (μ₁ μ₂ : K), Commute ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₂) ^ l₀)
g : End K V := (m.support.erase μ).noncommProd (fun μ₁ => (f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ⋯
hfg : Commute f g
hg₀ : g (m.sum fun _μ mμ => mμ) = g (m μ)
hg₁ : MapsTo ⇑g ↑p ↑p
hg₂ : MapsTo ⇑g ↑((f.genEigenspace μ) k) ↑((f.genEigenspace μ) k)
this : iSupIndep fun x => (f.genEigenspace x) k
⊢ Disjoint ((f.genEigenspace μ) k) (LinearMap.ker g)

Tactic:
have aux (μ') (_hμ' : μ' ∈ m.support.erase μ) :
    (f.genEigenspace μ') ↑l₀ ≤ (f.genEigenspace μ') k := by
  apply (f.genEigenspace μ').mono
  rintro k rfl
  simp only [ENat.some_eq_coe, Nat.cast_inj, exists_eq_left']
  apply Finset.sup_le
  intro i _hi
  simpa using hlk i

Result:
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∈ m.support
l : K → ℕ
hlk : ∀ (i : K), ↑(l i) ≤ k
hl : ∀ (i : K), m i ∈ LinearMap.ker ((f - i • 1) ^ l i)
l₀ : ℕ := m.support.sup l
h_comm : ∀ (μ₁ μ₂ : K), Commute ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₂) ^ l₀)
g : End K V := (m.support.erase μ).noncommProd (fun μ₁ => (f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ⋯
hfg : Commute f g
hg₀ : g (m.sum fun _μ mμ => mμ) = g (m μ)
hg₁ : MapsTo ⇑g ↑p ↑p
hg₂ : MapsTo ⇑g ↑((f.genEigenspace μ) k) ↑((f.genEigenspace μ) k)
this : iSupIndep fun x => (f.genEigenspace x) k
aux : ∀ μ' ∈ m.support.erase μ, (f.genEigenspace μ') ↑l₀ ≤ (f.genEigenspace μ') k
⊢ Disjoint ((f.genEigenspace μ) k) (LinearMap.ker g)