-- Mathlib/Algebra/Lie/Engel.lean
theorem LieAlgebra.isEngelian_of_isNoetherian [IsNoetherian R L] : LieAlgebra.IsEngelian R L

Proof state:
R : Type u₁
L : Type u₂
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : LieRing L
inst✝¹ : LieAlgebra R L
inst✝ : IsNoetherian R L
M : Type u_1
_i1 : AddCommGroup M
_i2 : Module R M
_i3 : LieRingModule L M
_i4 : LieModule R L M
h : ∀ (x : L), IsNilpotent ((toEnd R L M) x)
⊢ LieModule.IsNilpotent (↥(toEnd R L M).range) M

Tactic:
let L' := (toEnd R L M).range

Result:
R : Type u₁
L : Type u₂
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : LieRing L
inst✝¹ : LieAlgebra R L
inst✝ : IsNoetherian R L
M : Type u_1
_i1 : AddCommGroup M
_i2 : Module R M
_i3 : LieRingModule L M
_i4 : LieModule R L M
h : ∀ (x : L), IsNilpotent ((toEnd R L M) x)
L' : LieSubalgebra R (Module.End R M) := (toEnd R L M).range
⊢ LieModule.IsNilpotent (↥(toEnd R L M).range) M

Proof state:
R : Type u₁
L : Type u₂
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : LieRing L
inst✝¹ : LieAlgebra R L
inst✝ : IsNoetherian R L
M : Type u_1
_i1 : AddCommGroup M
_i2 : Module R M
_i3 : LieRingModule L M
_i4 : LieModule R L M
L' : LieSubalgebra R (Module.End R M) := (toEnd R L M).range
h : ∀ (y : ↥L'), IsNilpotent ↑y
s : Set (LieSubalgebra R ↥L') := {K | IsEngelian R ↥K}
hs : s.Nonempty
this : ∀ K ∈ s, K ≠ ⊤ → ∃ K' ∈ s, K < K'
⊢ Function.Surjective ⇑↑(toEnd R L M).rangeRestrict

Tactic:
exact LieHom.surjective_rangeRestrict (toEnd R L M)

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u₁
L : Type u₂
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : LieRing L
inst✝¹ : LieAlgebra R L
inst✝ : IsNoetherian R L
M : Type u_1
_i1 : AddCommGroup M
_i2 : Module R M
_i3 : LieRingModule L M
_i4 : LieModule R L M
L' : LieSubalgebra R (Module.End R M) := (toEnd R L M).range
h : ∀ (y : ↥L'), IsNilpotent ↑y
s : Set (LieSubalgebra R ↥L') := {K | IsEngelian R ↥K}
hs : s.Nonempty
K : LieSubalgebra R ↥L'
hK₁ : IsEngelian R ↥K
hK₂ : K ≠ ⊤
⊢ K < K.normalizer

Tactic:
apply lt_of_le_of_ne K.le_normalizer

Result:
R : Type u₁
L : Type u₂
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : LieRing L
inst✝¹ : LieAlgebra R L
inst✝ : IsNoetherian R L
M : Type u_1
_i1 : AddCommGroup M
_i2 : Module R M
_i3 : LieRingModule L M
_i4 : LieModule R L M
L' : LieSubalgebra R (Module.End R M) := (toEnd R L M).range
h : ∀ (y : ↥L'), IsNilpotent ↑y
s : Set (LieSubalgebra R ↥L') := {K | IsEngelian R ↥K}
hs : s.Nonempty
K : LieSubalgebra R ↥L'
hK₁ : IsEngelian R ↥K
hK₂ : K ≠ ⊤
⊢ K ≠ K.normalizer

Proof state:
R : Type u₁
L : Type u₂
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : LieRing L
inst✝¹ : LieAlgebra R L
inst✝ : IsNoetherian R L
M : Type u_1
_i1 : AddCommGroup M
_i2 : Module R M
_i3 : LieRingModule L M
_i4 : LieModule R L M
L' : LieSubalgebra R (Module.End R M) := (toEnd R L M).range
h : ∀ (y : ↥L'), IsNilpotent ↑y
s : Set (LieSubalgebra R ↥L') := {K | IsEngelian R ↥K}
hs : s.Nonempty
K : LieSubalgebra R ↥L'
hK₁ : IsEngelian R ↥K
hK₂ : K ≠ ⊤
this : Nontrivial (↥L' ⧸ K.toLieSubmodule)
⊢ Nontrivial ↥(maxTrivSubmodule R (↥K) (↥L' ⧸ K.toLieSubmodule))

Tactic:
have : LieModule.IsNilpotent K (L' ⧸ K.toLieSubmodule) := by
  refine hK₁ _ fun x => ?_
  have hx := LieAlgebra.isNilpotent_ad_of_isNilpotent (h x)
  apply Module.End.IsNilpotent.mapQ ?_ hx
  intro X HX
  simp only [LieSubalgebra.coe_toLieSubmodule, LieSubalgebra.mem_toSubmodule] at HX
  simp only [LieSubalgebra.coe_toLieSubmodule, Submodule.mem_comap, ad_apply,
    LieSubalgebra.mem_toSubmodule]
  exact LieSubalgebra.lie_mem K x.prop HX

Result:
R : Type u₁
L : Type u₂
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : LieRing L
inst✝¹ : LieAlgebra R L
inst✝ : IsNoetherian R L
M : Type u_1
_i1 : AddCommGroup M
_i2 : Module R M
_i3 : LieRingModule L M
_i4 : LieModule R L M
L' : LieSubalgebra R (Module.End R M) := (toEnd R L M).range
h : ∀ (y : ↥L'), IsNilpotent ↑y
s : Set (LieSubalgebra R ↥L') := {K | IsEngelian R ↥K}
hs : s.Nonempty
K : LieSubalgebra R ↥L'
hK₁ : IsEngelian R ↥K
hK₂ : K ≠ ⊤
this✝ : Nontrivial (↥L' ⧸ K.toLieSubmodule)
this : LieModule.IsNilpotent (↥K) (↥L' ⧸ K.toLieSubmodule)
⊢ Nontrivial ↥(maxTrivSubmodule R (↥K) (↥L' ⧸ K.toLieSubmodule))

Proof state:
R : Type u₁
L : Type u₂
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : LieRing L
inst✝¹ : LieAlgebra R L
inst✝ : IsNoetherian R L
M : Type u_1
_i1 : AddCommGroup M
_i2 : Module R M
_i3 : LieRingModule L M
_i4 : LieModule R L M
L' : LieSubalgebra R (Module.End R M) := (toEnd R L M).range
h : ∀ (y : ↥L'), IsNilpotent ↑y
s : Set (LieSubalgebra R ↥L') := {K | IsEngelian R ↥K}
hs : s.Nonempty
this : ⊤ ∈ s
⊢ ∀ (x : ↥⊤), IsNilpotent ((toEnd R (↥⊤) M) x)

Tactic:
simp [LieSubalgebra.toEnd_eq, h]

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u₁
L : Type u₂
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : LieRing L
inst✝¹ : LieAlgebra R L
inst✝ : IsNoetherian R L
M : Type u_1
_i1 : AddCommGroup M
_i2 : Module R M
_i3 : LieRingModule L M
_i4 : LieModule R L M
L' : LieSubalgebra R (Module.End R M) := (toEnd R L M).range
h : ∀ (y : ↥L'), IsNilpotent ↑y
s : Set (LieSubalgebra R ↥L') := {K | IsEngelian R ↥K}
hs : s.Nonempty
K : LieSubalgebra R ↥L'
hK₁ : IsEngelian R ↥K
hK₂ : K ≠ ⊤
⊢ Nontrivial (↥L' ⧸ K.toLieSubmodule)

Tactic:
replace hK₂ : K.toLieSubmodule ≠ ⊤ := by
  rwa [Ne, ← LieSubmodule.toSubmodule_inj, K.coe_toLieSubmodule,
    LieSubmodule.top_toSubmodule, ← LieSubalgebra.top_toSubmodule,
    K.toSubmodule_inj]

Result:
R : Type u₁
L : Type u₂
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : LieRing L
inst✝¹ : LieAlgebra R L
inst✝ : IsNoetherian R L
M : Type u_1
_i1 : AddCommGroup M
_i2 : Module R M
_i3 : LieRingModule L M
_i4 : LieModule R L M
L' : LieSubalgebra R (Module.End R M) := (toEnd R L M).range
h : ∀ (y : ↥L'), IsNilpotent ↑y
s : Set (LieSubalgebra R ↥L') := {K | IsEngelian R ↥K}
hs : s.Nonempty
K : LieSubalgebra R ↥L'
hK₁ : IsEngelian R ↥K
hK₂ : K.toLieSubmodule ≠ ⊤
⊢ Nontrivial (↥L' ⧸ K.toLieSubmodule)

Proof state:
R : Type u₁
L : Type u₂
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : LieRing L
inst✝¹ : LieAlgebra R L
inst✝ : IsNoetherian R L
M : Type u_1
_i1 : AddCommGroup M
_i2 : Module R M
_i3 : LieRingModule L M
_i4 : LieModule R L M
L' : LieSubalgebra R (Module.End R M) := (toEnd R L M).range
h : ∀ (y : ↥L'), IsNilpotent ↑y
s : Set (LieSubalgebra R ↥L') := {K | IsEngelian R ↥K}
hs : s.Nonempty
⊢ ∀ K ∈ s, K ≠ ⊤ → ∃ K' ∈ s, K < K'

Tactic:
rintro K (hK₁ : LieAlgebra.IsEngelian R K) hK₂

Result:
R : Type u₁
L : Type u₂
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : LieRing L
inst✝¹ : LieAlgebra R L
inst✝ : IsNoetherian R L
M : Type u_1
_i1 : AddCommGroup M
_i2 : Module R M
_i3 : LieRingModule L M
_i4 : LieModule R L M
L' : LieSubalgebra R (Module.End R M) := (toEnd R L M).range
h : ∀ (y : ↥L'), IsNilpotent ↑y
s : Set (LieSubalgebra R ↥L') := {K | IsEngelian R ↥K}
hs : s.Nonempty
K : LieSubalgebra R ↥L'
hK₁ : IsEngelian R ↥K
hK₂ : K ≠ ⊤
⊢ ∃ K' ∈ s, K < K'

Proof state:
case mk.intro
R : Type u₁
L : Type u₂
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : LieRing L
inst✝¹ : LieAlgebra R L
inst✝ : IsNoetherian R L
M : Type u_1
_i1 : AddCommGroup M
_i2 : Module R M
_i3 : LieRingModule L M
_i4 : LieModule R L M
h : ∀ (x : L), IsNilpotent ((toEnd R L M) x)
L' : LieSubalgebra R (Module.End R M) := (toEnd R L M).range
y : L
⊢ IsNilpotent ↑⟨↑(toEnd R L M) y, ⋯⟩

Tactic:
simp [h]

Result:
no goals