-- Mathlib/RingTheory/DiscreteValuationRing/TFAE.lean
theorem maximalIdeal_isPrincipal_of_isDedekindDomain [IsLocalRing R] [IsDomain R]
    [IsDedekindDomain R] : (maximalIdeal R).IsPrincipal

Proof state:
case pos.refine_3.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝¹ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this✝ : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this✝ = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
hb₃ : ∀ m ∈ maximalIdeal R, ∃ k, k * a = b * m
hb₄ : b ≠ 0
K : Type u_1 := FractionRing R
x : K := (algebraMap R K) b / (algebraMap R K) a
M : Submodule R K := Submodule.map (Algebra.linearMap R K) (maximalIdeal R)
ha₃ : (algebraMap R K) a ≠ 0
hx : ∀ y ∈ M, x * y ∈ M
this : IsIntegral R x
y : R
e : (algebraMap R K) y = x
⊢ y * a = b

Tactic:
apply IsFractionRing.injective R K

Result:
case pos.refine_3.intro.a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝¹ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this✝ : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this✝ = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
hb₃ : ∀ m ∈ maximalIdeal R, ∃ k, k * a = b * m
hb₄ : b ≠ 0
K : Type u_1 := FractionRing R
x : K := (algebraMap R K) b / (algebraMap R K) a
M : Submodule R K := Submodule.map (Algebra.linearMap R K) (maximalIdeal R)
ha₃ : (algebraMap R K) a ≠ 0
hx : ∀ y ∈ M, x * y ∈ M
this : IsIntegral R x
y : R
e : (algebraMap R K) y = x
⊢ (algebraMap R K) (y * a) = (algebraMap R K) b

Proof state:
case neg.intro.intro.a.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝¹ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this✝ : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this✝ = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
hb₃ : ∀ m ∈ maximalIdeal R, ∃ k, k * a = b * m
hb₄ : b ≠ 0
K : Type u_1 := FractionRing R
x : K := (algebraMap R K) b / (algebraMap R K) a
M : Submodule R K := Submodule.map (Algebra.linearMap R K) (maximalIdeal R)
ha₃ : (algebraMap R K) a ≠ 0
hx : ¬∀ y ∈ M, x * y ∈ M
this : Submodule.comap (Algebra.linearMap R K) (Submodule.map (DistribMulAction.toLinearMap R K x) M) = ⊤
y : R
hy₁ : y ∈ maximalIdeal R
hy₂ : b * y = a
m : R
hm : m ∈ maximalIdeal R
k : R
hk : b * (y * k) = b * m
⊢ m ∈ Submodule.span R {y}

Tactic:
rw [← mul_left_cancel₀ hb₄ hk, mul_comm]

Result:
case neg.intro.intro.a.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝¹ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this✝ : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this✝ = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
hb₃ : ∀ m ∈ maximalIdeal R, ∃ k, k * a = b * m
hb₄ : b ≠ 0
K : Type u_1 := FractionRing R
x : K := (algebraMap R K) b / (algebraMap R K) a
M : Submodule R K := Submodule.map (Algebra.linearMap R K) (maximalIdeal R)
ha₃ : (algebraMap R K) a ≠ 0
hx : ¬∀ y ∈ M, x * y ∈ M
this : Submodule.comap (Algebra.linearMap R K) (Submodule.map (DistribMulAction.toLinearMap R K x) M) = ⊤
y : R
hy₁ : y ∈ maximalIdeal R
hy₂ : b * y = a
m : R
hm : m ∈ maximalIdeal R
k : R
hk : b * (y * k) = b * m
⊢ k * y ∈ Submodule.span R {y}

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
⊢ (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R

Tactic:
rw [Ideal.radical_eq_sInf]

Result:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
⊢ sInf {J | Ideal.span {a} ≤ J ∧ J.IsPrime} = maximalIdeal R

Proof state:
case neg.intro.intro.succ.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
hb₃ : ∀ m ∈ maximalIdeal R, ∃ k, k * a = b * m
hb₄ : b ≠ 0
K : Type u_1 := FractionRing R
x : K := (algebraMap R K) b / (algebraMap R K) a
M : Submodule R K := Submodule.map (Algebra.linearMap R K) (maximalIdeal R)
ha₃ : (algebraMap R K) a ≠ 0
⊢ Submodule.IsPrincipal (maximalIdeal R)

Tactic:
by_cases hx : ∀ y ∈ M, x * y ∈ M

Result:
case pos
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
hb₃ : ∀ m ∈ maximalIdeal R, ∃ k, k * a = b * m
hb₄ : b ≠ 0
K : Type u_1 := FractionRing R
x : K := (algebraMap R K) b / (algebraMap R K) a
M : Submodule R K := Submodule.map (Algebra.linearMap R K) (maximalIdeal R)
ha₃ : (algebraMap R K) a ≠ 0
hx : ∀ y ∈ M, x * y ∈ M
⊢ Submodule.IsPrincipal (maximalIdeal R)

case neg
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
hb₃ : ∀ m ∈ maximalIdeal R, ∃ k, k * a = b * m
hb₄ : b ≠ 0
K : Type u_1 := FractionRing R
x : K := (algebraMap R K) b / (algebraMap R K) a
M : Submodule R K := Submodule.map (Algebra.linearMap R K) (maximalIdeal R)
ha₃ : (algebraMap R K) a ≠ 0
hx : ¬∀ y ∈ M, x * y ∈ M
⊢ Submodule.IsPrincipal (maximalIdeal R)

Proof state:
case neg.intro.intro.a.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsLocalRing R
inst✝¹ : IsDomain R
inst✝ : IsDedekindDomain R
ne_bot : ¬maximalIdeal R = ⊥
a : R
ha₁ : a ∈ maximalIdeal R
ha₂ : a ≠ 0
hle : Ideal.span {a} ≤ maximalIdeal R
this✝¹ : (Ideal.span {a}).radical = maximalIdeal R
this✝ : ∃ n, maximalIdeal R ^ n ≤ Ideal.span {a}
n : ℕ
hn : Nat.find this✝ = n + 1
b : R
hb₁ : b ∈ maximalIdeal R ^ n
hb₂ : b ∉ Ideal.span {a}
hb₃ : ∀ m ∈ maximalIdeal R, ∃ k, k * a = b * m
hb₄ : b ≠ 0
K : Type u_1 := FractionRing R
x : K := (algebraMap R K) b / (algebraMap R K) a
M : Submodule R K := Submodule.map (Algebra.linearMap R K) (maximalIdeal R)
ha₃ : (algebraMap R K) a ≠ 0
hx : ¬∀ y ∈ M, x * y ∈ M
this : Submodule.comap (Algebra.linearMap R K) (Submodule.map (DistribMulAction.toLinearMap R K x) M) = ⊤
y : R
hy₁ : y ∈ maximalIdeal R
hy₂ : b * y = a
m : R
hm : m ∈ maximalIdeal R
k : R
hk : b * (y * k) = b * m
⊢ k * y ∈ Submodule.span R {y}

Tactic:
exact Ideal.mem_span_singleton'.mpr ⟨_, rfl⟩

Result:
no goals