-- 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
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)
x : ↥K
⊢ IsNilpotent ((toEnd R (↥K) (↥L' ⧸ K.toLieSubmodule)) x)

Tactic:
have hx := LieAlgebra.isNilpotent_ad_of_isNilpotent (h x)

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)
x : ↥K
hx : IsNilpotent ((ad R ↥L') ↑x)
⊢ IsNilpotent ((toEnd R (↥K) (↥L' ⧸ K.toLieSubmodule)) x)

Proof state:
case intro.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
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'
_i5 : IsNoetherian R ↥L'
K : LieSubalgebra R ↥L'
hK₁ : K ∈ s
hK₂ : ∀ x ∈ s, ¬x > K
contra : ¬K = ⊤
K' : LieSubalgebra R ↥L'
hK'₁ : K' ∈ s
hK'₂ : K < K'
⊢ False

Tactic:
exact hK₂ K' hK'₁ hK'₂

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 ≠ ⊤
this : Nontrivial (↥L' ⧸ K.toLieSubmodule)
x : ↥K
hx : IsNilpotent ((ad R ↥L') ↑x)
X : ↥L'
HX : X ∈ K
⊢ ⁅↑x, X⁆ ∈ K

Tactic:
exact LieSubalgebra.lie_mem K x.prop HX

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' ∈ s, K < K'

Tactic:
apply LieAlgebra.exists_engelian_lieSubalgebra_of_lt_normalizer hK₁

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
this : ⊤ ∈ s
⊢ LieModule.IsNilpotent (↥⊤) M

Tactic:
apply this M

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
this : ⊤ ∈ s
⊢ ∀ (x : ↥⊤), IsNilpotent ((toEnd R (↥⊤) M) x)

Proof state:
case intro.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
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'
_i5 : IsNoetherian R ↥L'
K : LieSubalgebra R ↥L'
hK₁ : K ∈ s
hK₂ : ∀ x ∈ s, ¬x > K
⊢ ⊤ ∈ s

Tactic:
have hK₃ : K = ⊤ := by
  by_contra contra
  obtain ⟨K', hK'₁, hK'₂⟩ := this K hK₁ contra
  exact hK₂ K' hK'₁ hK'₂

Result:
case intro.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
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'
_i5 : IsNoetherian R ↥L'
K : LieSubalgebra R ↥L'
hK₁ : K ∈ s
hK₂ : ∀ x ∈ s, ¬x > K
hK₃ : K = ⊤
⊢ ⊤ ∈ s

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
⊢ LieModule.IsNilpotent (↥(toEnd R L M).range) M

Tactic:
change LieModule.IsNilpotent L' M

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
⊢ LieModule.IsNilpotent (↥L') 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 : ⊤ ∈ s
⊢ LieModule.IsNilpotent (↥L') M

Tactic:
rw [← isNilpotent_of_top_iff (R := R)]

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
this : ⊤ ∈ s
⊢ LieModule.IsNilpotent (↥⊤) M