-- Mathlib/LinearAlgebra/RootSystem/Finite/Lemmas.lean
/-- This is Lemma 2.5 (b) from [Geck](Geck2017). -/
lemma root_add_root_mem_of_mem_of_mem (hk : α k + α i - α j ∈ Φ)
    (hkj : α k ≠ - α i) (hk' : α k - α j ∈ Φ) :
    α k + α i ∈ Φ

Proof state:
case h.e'_5
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hk : P.root k + P.root i - P.root j ∈ range ⇑P.root
hkj : P.root k ≠ -P.root i
hk' : P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root
_i : InvolutiveNeg ι := P.indexNeg
⊢ -(P.root (-k) + P.root j - P.root i) = P.root k + P.root i - P.root j

Tactic:
simp only [indexNeg_neg, root_reflection_perm, reflection_apply_self]

Result:
case h.e'_5
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hk : P.root k + P.root i - P.root j ∈ range ⇑P.root
hkj : P.root k ≠ -P.root i
hk' : P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root
_i : InvolutiveNeg ι := P.indexNeg
⊢ -(-P.root k + P.root j - P.root i) = P.root k + P.root i - P.root j

Proof state:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hkj : P.root k ≠ -P.root i
hk' : P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root
_i : InvolutiveNeg ι := P.indexNeg
hk : P.root (-k) + P.root j - P.root i ∈ range ⇑P.root
⊢ -(P.root k + P.root i) ∈ range ⇑P.root

Tactic:
convert b.root_sub_root_mem_of_mem_of_mem j i (-k) hij.symm hj hi hk (by aesop)
  (by convert P.neg_mem_range_root_iff.mpr hk' using 1; simp [neg_add_eq_sub]) using 1

Result:
case h.e'_5
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hkj : P.root k ≠ -P.root i
hk' : P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root
_i : InvolutiveNeg ι := P.indexNeg
hk : P.root (-k) + P.root j - P.root i ∈ range ⇑P.root
⊢ -(P.root k + P.root i) = P.root (-k) - P.root i

Proof state:
case h.e'_5
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hkj : P.root k ≠ -P.root i
hk' : P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root
_i : InvolutiveNeg ι := P.indexNeg
hk : P.root (-k) + P.root j - P.root i ∈ range ⇑P.root
⊢ -(P.root k + P.root i) = P.root (-k) - P.root i

Tactic:
simp only [indexNeg_neg, root_reflection_perm, reflection_apply_self]

Result:
case h.e'_5
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hkj : P.root k ≠ -P.root i
hk' : P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root
_i : InvolutiveNeg ι := P.indexNeg
hk : P.root (-k) + P.root j - P.root i ∈ range ⇑P.root
⊢ -(P.root k + P.root i) = -P.root k - P.root i

Proof state:
case h.e'_5
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hkj : P.root k ≠ -P.root i
hk' : P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root
_i : InvolutiveNeg ι := P.indexNeg
hk : P.root (-k) + P.root j - P.root i ∈ range ⇑P.root
⊢ P.root (-k) + P.root j = -(P.root k - P.root j)

Tactic:
simp [neg_add_eq_sub]

Result:
no goals

Proof state:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hkj : P.root k ≠ -P.root i
hk' : P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root
_i : InvolutiveNeg ι := P.indexNeg
hk : P.root (-k) + P.root j - P.root i ∈ range ⇑P.root
⊢ P.root k + P.root i ∈ range ⇑P.root

Tactic:
rw [← neg_mem_range_root_iff]

Result:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hkj : P.root k ≠ -P.root i
hk' : P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root
_i : InvolutiveNeg ι := P.indexNeg
hk : P.root (-k) + P.root j - P.root i ∈ range ⇑P.root
⊢ -(P.root k + P.root i) ∈ range ⇑P.root

Proof state:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hk : P.root k + P.root i - P.root j ∈ range ⇑P.root
hkj : P.root k ≠ -P.root i
hk' : P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root
_i : InvolutiveNeg ι := P.indexNeg
⊢ -(P.root (-k) + P.root j - P.root i) ∈ range ⇑P.root

Tactic:
convert hk using 1

Result:
case h.e'_5
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : AddCommGroup M
inst✝⁸ : Module R M
inst✝⁷ : AddCommGroup N
inst✝⁶ : Module R N
P : RootPairing ι R M N
inst✝⁵ : Finite ι
inst✝⁴ : CharZero R
inst✝³ : P.IsCrystallographic
inst✝² : NoZeroDivisors R
inst✝¹ : NoZeroSMulDivisors R M
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R N
b : P.Base
i j k : ι
hij : i ≠ j
hi : i ∈ b.support
hj : j ∈ b.support
hk : P.root k + P.root i - P.root j ∈ range ⇑P.root
hkj : P.root k ≠ -P.root i
hk' : P.root k - P.root j ∈ range ⇑P.root
_i : InvolutiveNeg ι := P.indexNeg
⊢ -(P.root (-k) + P.root j - P.root i) = P.root k + P.root i - P.root j