-- Mathlib/LinearAlgebra/Dimension/FreeAndStrongRankCondition.lean
theorem eq_bot_of_rank_le_one (h : Module.rank F S ≤ 1) [Module.Free F S] : S = ⊥

Proof state:
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
⊢ S = ⊥

Tactic:
obtain ⟨κ, b⟩ := Module.Free.exists_basis (R := F) (M := S)

Result:
case intro.mk
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
⊢ S = ⊥

Proof state:
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
⊢ S = ⊥

Tactic:
nontriviality E

Result:
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
⊢ S = ⊥

Proof state:
case pos
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
h1 : Module.rank F ↥S = 1
x : E
hx : x ∈ S
⊢ x ∈ range ⇑(algebraMap F E)

Tactic:
rw [← b.mk_eq_rank'', eq_one_iff_unique, ← unique_iff_subsingleton_and_nonempty] at h1

Result:
case pos
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
h1 : Nonempty (Unique κ)
x : E
hx : x ∈ S
⊢ x ∈ range ⇑(algebraMap F E)

Proof state:
case neg
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
h1 : ¬Module.rank F ↥S = 1
⊢ S = ⊥

Tactic:
haveI := mk_eq_zero_iff.1 (b.mk_eq_rank''.symm ▸ lt_one_iff_zero.1 (h.lt_of_ne h1))

Result:
case neg
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
h1 : ¬Module.rank F ↥S = 1
this : IsEmpty κ
⊢ S = ⊥

Proof state:
case neg
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
h1 : ¬Module.rank F ↥S = 1
this✝ : IsEmpty κ
this : Subsingleton ↥S
⊢ S = ⊥

Tactic:
exact False.elim <| one_ne_zero congr(S.val $(Subsingleton.elim 1 0))

Result:
no goals

Proof state:
case pos.intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
x : E
hx : x ∈ S
h1 : Unique κ
y : F
hy : (algebraMap F ↥S) y = ⟨x, hx⟩
⊢ x ∈ range ⇑(algebraMap F E)

Tactic:
exact ⟨y, congr(Subtype.val $(hy))⟩

Result:
no goals

Proof state:
case pos.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
x : E
hx : x ∈ S
h1 : Unique κ
⊢ x ∈ range ⇑(algebraMap F E)

Tactic:
obtain ⟨y, hy⟩ := (bijective_algebraMap_of_linearEquiv (b.repr ≪≫ₗ
  Finsupp.LinearEquiv.finsuppUnique _ _ _).symm).surjective ⟨x, hx⟩

Result:
case pos.intro.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
x : E
hx : x ∈ S
h1 : Unique κ
y : F
hy : (algebraMap F ↥S) y = ⟨x, hx⟩
⊢ x ∈ range ⇑(algebraMap F E)

Proof state:
case neg
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
h1 : ¬Module.rank F ↥S = 1
this : IsEmpty κ
⊢ S = ⊥

Tactic:
haveI := b.repr.toEquiv.subsingleton

Result:
case neg
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
h1 : ¬Module.rank F ↥S = 1
this✝ : IsEmpty κ
this : Subsingleton ↥S
⊢ S = ⊥

Proof state:
case pos
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
h1 : Nonempty (Unique κ)
x : E
hx : x ∈ S
⊢ x ∈ range ⇑(algebraMap F E)

Tactic:
obtain ⟨h1⟩ := h1

Result:
case pos.intro
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
x : E
hx : x ∈ S
h1 : Unique κ
⊢ x ∈ range ⇑(algebraMap F E)

Proof state:
case pos
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
h1 : Module.rank F ↥S = 1
⊢ S = ⊥

Tactic:
refine bot_unique fun x hx ↦ Algebra.mem_bot.2 ?_

Result:
case pos
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
h1 : Module.rank F ↥S = 1
x : E
hx : x ∈ S
⊢ x ∈ range ⇑(algebraMap F E)

Proof state:
case intro.mk
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
⊢ S = ⊥

Tactic:
by_cases h1 : Module.rank F S = 1

Result:
case pos
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
h1 : Module.rank F ↥S = 1
⊢ S = ⊥

case neg
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝⁴ : CommRing F
inst✝³ : StrongRankCondition F
inst✝² : Ring E
inst✝¹ : Algebra F E
S : Subalgebra F E
h : Module.rank F ↥S ≤ 1
inst✝ : Free F ↥S
a✝ : Nontrivial E
κ : Type u_2
b : Basis κ F ↥S
h1 : ¬Module.rank F ↥S = 1
⊢ S = ⊥