-- Mathlib/RingTheory/Filtration.lean
theorem submodule_eq_span_le_iff_stable_ge (n₀ : ℕ) :
    F.submodule = Submodule.span _ (⋃ i ≤ n₀, single R i '' (F.N i : Set M)) ↔
      ∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)

Proof state:
case mpr.zero
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
F' : Submodule (↥(reesAlgebra I)) (PolynomialModule R M) :=
  Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
hF : ∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)
this : ∀ i ≤ n₀, ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑F'
⊢ ⇑(single R 0) '' ↑(F.N 0) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))

Tactic:
exact this _ (zero_le _)

Result:
no goals

Proof state:
case mk.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
H :
  ∀ (i : ℕ),
    ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
n : ℕ
hn : n ≥ n₀
x : M
hx : x ∈ F.N (n + 1)
l : ↑(⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)) →₀ ↥(reesAlgebra I)
hl : ((Finsupp.linearCombination (↥(reesAlgebra I)) Subtype.val) l) (n + 1) = x
n' : ℕ
hn' : n' ≤ n₀
m : M
hm : m ∈ ↑(F.N n')
⊢ (fun a₁ b => (b • ↑a₁) (n + 1)) ⟨(single R n') m, ⋯⟩ (l ⟨(single R n') m, ⋯⟩) ∈ I • F.N n

Tactic:
dsimp only [Subtype.coe_mk]

Result:
case mk.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
H :
  ∀ (i : ℕ),
    ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
n : ℕ
hn : n ≥ n₀
x : M
hx : x ∈ F.N (n + 1)
l : ↑(⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)) →₀ ↥(reesAlgebra I)
hl : ((Finsupp.linearCombination (↥(reesAlgebra I)) Subtype.val) l) (n + 1) = x
n' : ℕ
hn' : n' ≤ n₀
m : M
hm : m ∈ ↑(F.N n')
⊢ (l ⟨(single R n') m, ⋯⟩ • (single R n') m) (n + 1) ∈ I • F.N n

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
F' : Submodule (↥(reesAlgebra I)) (PolynomialModule R M) :=
  Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
hF : ∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)
i✝ i : ℕ
hi : i ≤ n₀
⊢ i ≤ n₀

Tactic:
exact hi

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
⊢ (∀ (i : ℕ),
      ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆
        ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))) ↔
    ∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)

Tactic:
constructor

Result:
case mp
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
⊢ (∀ (i : ℕ),
      ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆
        ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))) →
    ∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)

case mpr
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
⊢ (∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)) →
    ∀ (i : ℕ),
      ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))

Proof state:
case mk.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
H :
  ∀ (i : ℕ),
    ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
n : ℕ
hn : n ≥ n₀
x : M
hx : x ∈ F.N (n + 1)
l : ↑(⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)) →₀ ↥(reesAlgebra I)
hl : ((Finsupp.linearCombination (↥(reesAlgebra I)) Subtype.val) l) (n + 1) = x
n' : ℕ
hn' : n' ≤ n₀
m : M
hm : m ∈ ↑(F.N n')
⊢ (l ⟨(single R n') m, ⋯⟩ • (single R n') m) (n + 1) ∈ I • F.N n

Tactic:
rw [Subalgebra.smul_def, smul_single_apply, if_pos (show n' ≤ n + 1 by omega)]

Result:
case mk.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
H :
  ∀ (i : ℕ),
    ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
n : ℕ
hn : n ≥ n₀
x : M
hx : x ∈ F.N (n + 1)
l : ↑(⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)) →₀ ↥(reesAlgebra I)
hl : ((Finsupp.linearCombination (↥(reesAlgebra I)) Subtype.val) l) (n + 1) = x
n' : ℕ
hn' : n' ≤ n₀
m : M
hm : m ∈ ↑(F.N n')
⊢ (↑(l ⟨(single R n') m, ⋯⟩)).coeff (n + 1 - n') • m ∈ I • F.N n

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
F' : Submodule (↥(reesAlgebra I)) (PolynomialModule R M) :=
  Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
hF : ∀ n ≥ n₀, I • F.N n = F.N (n + 1)
this : ∀ i ≤ n₀, ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑F'
j : ℕ
hj : ⇑(single R j) '' ↑(F.N j) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
hj' : n₀ ≤ j
m : M
hm : m ∈ ↑(I • F.N j)
r : R
hr : r ∈ I
m' : M
hm' : m' ∈ F.N j
⊢ r ∈ I ^ 1

Tactic:
rwa [pow_one]

Result:
no goals

Proof state:
case mp
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
H :
  ∀ (i : ℕ),
    ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
n : ℕ
hn : n ≥ n₀
⊢ F.N (n + 1) ≤ I • F.N n

Tactic:
intro x hx

Result:
case mp
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
H :
  ∀ (i : ℕ),
    ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
n : ℕ
hn : n ≥ n₀
x : M
hx : x ∈ F.N (n + 1)
⊢ x ∈ I • F.N n

Proof state:
case mk.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
H :
  ∀ (i : ℕ),
    ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
n : ℕ
hn : n ≥ n₀
x : M
hx : x ∈ F.N (n + 1)
l : ↑(⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)) →₀ ↥(reesAlgebra I)
hl : ((Finsupp.linearCombination (↥(reesAlgebra I)) Subtype.val) l) (n + 1) = x
n' : ℕ
hn' : n' ≤ n₀
m : M
hm : m ∈ ↑(F.N n')
e : n' ≤ n
this : I ^ (n - n' + 1) • F.N n' ≤ I ^ 1 • F.N (n - n' + n')
⊢ (↑(l ⟨(single R n') m, ⋯⟩)).coeff (n + 1 - n') • m ∈ I • F.N n

Tactic:
rw [tsub_add_cancel_of_le e, pow_one, add_comm _ 1, ← add_tsub_assoc_of_le e, add_comm] at this

Result:
case mk.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
n₀ : ℕ
H :
  ∀ (i : ℕ),
    ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ↑(Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)))
n : ℕ
hn : n ≥ n₀
x : M
hx : x ∈ F.N (n + 1)
l : ↑(⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)) →₀ ↥(reesAlgebra I)
hl : ((Finsupp.linearCombination (↥(reesAlgebra I)) Subtype.val) l) (n + 1) = x
n' : ℕ
hn' : n' ≤ n₀
m : M
hm : m ∈ ↑(F.N n')
e : n' ≤ n
this : I ^ (n + 1 - n') • F.N n' ≤ I • F.N n
⊢ (↑(l ⟨(single R n') m, ⋯⟩)).coeff (n + 1 - n') • m ∈ I • F.N n