-- Mathlib/FieldTheory/PrimitiveElement.lean
theorem primitive_element_inf_aux_of_finite_intermediateField
    [Finite (IntermediateField F E)] : ∃ γ : E, F⟮α, β⟯ = F⟮γ⟯

Proof state:
case h.a
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : x ≠ y
heq : f x = f y
⊢ F⟮α + x • β⟯ ≤ F⟮α, β⟯

Tactic:
rw [adjoin_simple_le_iff]

Result:
case h.a
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : x ≠ y
heq : f x = f y
⊢ α + x • β ∈ F⟮α, β⟯

Proof state:
case h.a
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : ¬x = y
heq : F⟮α + x • β⟯ = F⟮α + y • β⟯
αxβ_in_K : α + x • β ∈ F⟮α + x • β⟯
αyβ_in_K : α + y • β ∈ F⟮α + x • β⟯
β_in_K : (x - y) • β ∈ F⟮α + x • β⟯
⊢ {α, β} ⊆ ↑F⟮α + x • β⟯

Tactic:
replace β_in_K := smul_mem _ β_in_K (x := (x - y)⁻¹)

Result:
case h.a
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : ¬x = y
heq : F⟮α + x • β⟯ = F⟮α + y • β⟯
αxβ_in_K : α + x • β ∈ F⟮α + x • β⟯
αyβ_in_K : α + y • β ∈ F⟮α + x • β⟯
β_in_K : (x - y)⁻¹ • (x - y) • β ∈ F⟮α + x • β⟯
⊢ {α, β} ⊆ ↑F⟮α + x • β⟯

Proof state:
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
⊢ ∃ γ, F⟮α, β⟯ = F⟮γ⟯

Tactic:
obtain ⟨x, y, hneq, heq⟩ := Finite.exists_ne_map_eq_of_infinite f

Result:
case intro.intro.intro
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : x ≠ y
heq : f x = f y
⊢ ∃ γ, F⟮α, β⟯ = F⟮γ⟯

Proof state:
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : ¬x = y
heq : F⟮α + x • β⟯ = F⟮α + y • β⟯
αxβ_in_K : α + x • β ∈ F⟮α + x • β⟯
αyβ_in_K : α + y • β ∈ F⟮α + x • β⟯
β_in_K : β ∈ F⟮α + x • β⟯
⊢ α ∈ F⟮α + x • β⟯

Tactic:
convert ← sub_mem αxβ_in_K (smul_mem _ β_in_K)

Result:
case h.e'_5
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : ¬x = y
heq : F⟮α + x • β⟯ = F⟮α + y • β⟯
αxβ_in_K : α + x • β ∈ F⟮α + x • β⟯
αyβ_in_K : α + y • β ∈ F⟮α + x • β⟯
β_in_K : β ∈ F⟮α + x • β⟯
⊢ α + x • β - ?m.55352 • β = α

F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : ¬x = y
heq : F⟮α + x • β⟯ = F⟮α + y • β⟯
αxβ_in_K : α + x • β ∈ F⟮α + x • β⟯
αyβ_in_K : α + y • β ∈ F⟮α + x • β⟯
β_in_K : β ∈ F⟮α + x • β⟯
⊢ F

Proof state:
case h.a
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : x ≠ y
heq : f x = f y
αxβ_in_K : α + x • β ∈ F⟮α + x • β⟯
αyβ_in_K : α + y • β ∈ F⟮α + y • β⟯
⊢ {α, β} ⊆ ↑F⟮α + x • β⟯

Tactic:
dsimp [f] at *

Result:
case h.a
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : ¬x = y
heq : F⟮α + x • β⟯ = F⟮α + y • β⟯
αxβ_in_K : α + x • β ∈ F⟮α + x • β⟯
αyβ_in_K : α + y • β ∈ F⟮α + y • β⟯
⊢ {α, β} ⊆ ↑F⟮α + x • β⟯

Proof state:
case h.a
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : ¬x = y
heq : F⟮α + x • β⟯ = F⟮α + y • β⟯
αxβ_in_K : α + x • β ∈ F⟮α + x • β⟯
αyβ_in_K : α + y • β ∈ F⟮α + x • β⟯
β_in_K : α + x • β - (α + y • β) ∈ F⟮α + x • β⟯
⊢ {α, β} ⊆ ↑F⟮α + x • β⟯

Tactic:
rw [show (α + x • β) - (α + y • β) = (x - y) • β by rw [sub_smul]; abel1] at β_in_K

Result:
case h.a
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : ¬x = y
heq : F⟮α + x • β⟯ = F⟮α + y • β⟯
αxβ_in_K : α + x • β ∈ F⟮α + x • β⟯
αyβ_in_K : α + y • β ∈ F⟮α + x • β⟯
β_in_K : (x - y) • β ∈ F⟮α + x • β⟯
⊢ {α, β} ⊆ ↑F⟮α + x • β⟯

Proof state:
case h.a
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : ¬x = y
heq : F⟮α + x • β⟯ = F⟮α + y • β⟯
αxβ_in_K : α + x • β ∈ F⟮α + x • β⟯
αyβ_in_K : α + y • β ∈ F⟮α + x • β⟯
⊢ {α, β} ⊆ ↑F⟮α + x • β⟯

Tactic:
have β_in_K := sub_mem αxβ_in_K αyβ_in_K

Result:
case h.a
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : ¬x = y
heq : F⟮α + x • β⟯ = F⟮α + y • β⟯
αxβ_in_K : α + x • β ∈ F⟮α + x • β⟯
αyβ_in_K : α + y • β ∈ F⟮α + x • β⟯
β_in_K : α + x • β - (α + y • β) ∈ F⟮α + x • β⟯
⊢ {α, β} ⊆ ↑F⟮α + x • β⟯

Proof state:
case h.e'_5
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : ¬x = y
heq : F⟮α + x • β⟯ = F⟮α + y • β⟯
αxβ_in_K : α + x • β ∈ F⟮α + x • β⟯
αyβ_in_K : α + y • β ∈ F⟮α + x • β⟯
β_in_K : β ∈ F⟮α + x • β⟯
⊢ α + x • β - ?m.55352 • β = α

F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : ¬x = y
heq : F⟮α + x • β⟯ = F⟮α + y • β⟯
αxβ_in_K : α + x • β ∈ F⟮α + x • β⟯
αyβ_in_K : α + y • β ∈ F⟮α + x • β⟯
β_in_K : β ∈ F⟮α + x • β⟯
⊢ F

Tactic:
apply add_sub_cancel_right

Result:
no goals

Proof state:
case h.a
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : x ≠ y
heq : f x = f y
⊢ F⟮α, β⟯ ≤ F⟮α + x • β⟯

Tactic:
rw [adjoin_le_iff]

Result:
case h.a
F : Type u_1
inst✝⁴ : Field F
inst✝³ : Infinite F
E : Type u_2
inst✝² : Field E
α β : E
inst✝¹ : Algebra F E
inst✝ : Finite (IntermediateField F E)
f : F → IntermediateField F E := fun x => F⟮α + x • β⟯
x y : F
hneq : x ≠ y
heq : f x = f y
⊢ {α, β} ⊆ ↑F⟮α + x • β⟯