-- Mathlib/RingTheory/DiscreteValuationRing/TFAE.lean
theorem exists_maximalIdeal_pow_eq_of_principal [IsNoetherianRing R] [IsLocalRing R] [IsDomain R]
    (h' : (maximalIdeal R).IsPrincipal) (I : Ideal R) (hI : I ≠ ⊥) :
    ∃ n : ℕ, I = maximalIdeal R ^ n

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
⊢ ∃ n, x ^ n ∈ I

Tactic:
obtain ⟨r, hr₁, hr₂⟩ : ∃ r : R, r ∈ I ∧ r ≠ 0 := by
  by_contra! h; apply hI; rw [eq_bot_iff]; exact h

Result:
case intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
r : R
hr₁ : r ∈ I
hr₂ : r ≠ 0
⊢ ∃ n, x ^ n ∈ I

Proof state:
case h.a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
hI'' : ∃ s ∈ I, s ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
⊢ False

Tactic:
obtain ⟨s, hs₁, hs₂⟩ := hI''

Result:
case h.a.intro.intro
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
s : R
hs₁ : s ∈ I
hs₂ : s ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
⊢ False

Proof state:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
hI' : ¬I = ⊤
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {0}
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ 0 ∣ r
⊢ False

Tactic:
apply Ring.ne_bot_of_isMaximal_of_not_isField (maximalIdeal.isMaximal R) h

Result:
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
hI' : ¬I = ⊤
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {0}
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ 0 ∣ r
⊢ maximalIdeal R = ⊥

Proof state:
case h
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
⊢ I = maximalIdeal R ^ Nat.find this

Tactic:
apply le_antisymm

Result:
case h.a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
⊢ I ≤ maximalIdeal R ^ Nat.find this

case h.a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
⊢ maximalIdeal R ^ Nat.find this ≤ I

Proof state:
case neg.intro.intro.a
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
n : ℕ
u : Rˣ
hs₁ : x ^ n ∈ I
hs₂ : x ^ n * ↑u ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
hs₃ : ¬x ^ n * ↑u = 0
⊢ x ^ n ∈ maximalIdeal R ^ n

Tactic:
apply Ideal.pow_mem_pow

Result:
case neg.intro.intro.a.hx
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
H' : ∀ (r : R), r ≠ 0 → r ∈ nonunits R → ∃ n, Associated (x ^ n) r
this : ∃ n, x ^ n ∈ I
n : ℕ
u : Rˣ
hs₁ : x ^ n ∈ I
hs₂ : x ^ n * ↑u ∉ maximalIdeal R ^ Nat.find this
hs₃ : ¬x ^ n * ↑u = 0
⊢ x ∈ maximalIdeal R

Proof state:
case pos
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
h' : Submodule.IsPrincipal (maximalIdeal R)
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : IsField R
⊢ ∃ n, I = maximalIdeal R ^ n

Tactic:
let _ := h.toField

Result:
case pos
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
h' : Submodule.IsPrincipal (maximalIdeal R)
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : IsField R
x✝ : Field R := h.toField
⊢ ∃ n, I = maximalIdeal R ^ n

Proof state:
case neg
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
⊢ ∃ n, I = maximalIdeal R ^ n

Tactic:
have : x ≠ 0 := by
  rintro rfl
  apply Ring.ne_bot_of_isMaximal_of_not_isField (maximalIdeal.isMaximal R) h
  simp [hx]

Result:
case neg
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this : x ≠ 0
⊢ ∃ n, I = maximalIdeal R ^ n

Proof state:
case intro.intro.intro.cons
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
fa : R
fs : Multiset R
fh : fs ≠ ∅ → (∀ b ∈ fs, Associated x b) → ∃ n, Associated (x ^ n) fs.prod
hf₂ : fa ::ₘ fs ≠ ∅
this : ∀ b ∈ fa ::ₘ fs, Associated x b
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) (fa ::ₘ fs).prod

Tactic:
rcases eq_or_ne fs ∅ with (rfl | hf')

Result:
case intro.intro.intro.cons.inl
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
fa : R
fh : ∅ ≠ ∅ → (∀ b ∈ ∅, Associated x b) → ∃ n, Associated (x ^ n) ∅.prod
hf₂ : fa ::ₘ ∅ ≠ ∅
this : ∀ b ∈ fa ::ₘ ∅, Associated x b
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) (fa ::ₘ ∅).prod

case intro.intro.intro.cons.inr
R : Type u_1
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : IsNoetherianRing R
inst✝¹ : IsLocalRing R
inst✝ : IsDomain R
I : Ideal R
hI : I ≠ ⊥
h : ¬IsField R
x : R
hx : maximalIdeal R = Ideal.span {x}
hI' : ¬I = ⊤
H : ∀ (r : R), ¬IsUnit r ↔ x ∣ r
this✝ : x ≠ 0
hx' : Irreducible x
fa : R
fs : Multiset R
fh : fs ≠ ∅ → (∀ b ∈ fs, Associated x b) → ∃ n, Associated (x ^ n) fs.prod
hf₂ : fa ::ₘ fs ≠ ∅
this : ∀ b ∈ fa ::ₘ fs, Associated x b
hf' : fs ≠ ∅
⊢ ∃ n, Associated (x ^ n) (fa ::ₘ fs).prod