-- Mathlib/RingTheory/Flat/FaithfullyFlat/Basic.lean
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If `M` is faithfully flat, then exactness of `N₁ ⊗ M -> N₂ ⊗ M -> N₃ ⊗ M` implies that the
composition `N₁ -> N₂ -> N₃` is `0`.

Implementation detail, please use `rTensor_reflects_exact` instead.
-/
lemma range_le_ker_of_exact_rTensor [fl : FaithfullyFlat R M]
    (ex : Function.Exact (l12.rTensor M) (l23.rTensor M)) :
    LinearMap.range l12 ≤ LinearMap.ker l23

Proof state:
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
⊢ LinearMap.range l12 ≤ LinearMap.ker l23

Tactic:
rintro _ ⟨n1, rfl⟩

Result:
case intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
⊢ l12 n1 ∈ LinearMap.ker l23

Proof state:
case h.intro.intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
c : ↥E ⊗[R] M →₀ R
b : ⦃a : ↥E ⊗[R] M⦄ → a ∈ ↑c.support → ↥E
a : ⦃a : ↥E ⊗[R] M⦄ → a ∈ ↑c.support → M
hy : ∀ ⦃a_1 : ↥E ⊗[R] M⦄ (a_2 : a_1 ∈ ↑c.support), b a_2 ⊗ₜ[R] a a_2 = a_1
r : ⦃a : ↥E ⊗[R] M⦄ → a ∈ c.support → R := fun a ha => ⋯.choose
⊢ (c.sum fun mi r => r • mi) = 0

Tactic:
have hr : ∀ ⦃i : E ⊗[R] M⦄ (hi : i ∈ c.support), b hi =
    r hi • ⟨l23 (l12 n1), Submodule.mem_span_singleton_self _⟩ := fun a ha =>
  Subtype.ext <| Submodule.mem_span_singleton.1 (b ha).2 |>.choose_spec.symm

Result:
case h.intro.intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
c : ↥E ⊗[R] M →₀ R
b : ⦃a : ↥E ⊗[R] M⦄ → a ∈ ↑c.support → ↥E
a : ⦃a : ↥E ⊗[R] M⦄ → a ∈ ↑c.support → M
hy : ∀ ⦃a_1 : ↥E ⊗[R] M⦄ (a_2 : a_1 ∈ ↑c.support), b a_2 ⊗ₜ[R] a a_2 = a_1
r : ⦃a : ↥E ⊗[R] M⦄ → a ∈ c.support → R := fun a ha => ⋯.choose
hr : ∀ ⦃i : ↥E ⊗[R] M⦄ (hi : i ∈ c.support), b hi = r hi • ⟨l23 (l12 n1), ⋯⟩
⊢ (c.sum fun mi r => r • mi) = 0

Proof state:
case h.intro.intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
c : ↥E ⊗[R] M →₀ R
b : ⦃a : ↥E ⊗[R] M⦄ → a ∈ ↑c.support → ↥E
a : ⦃a : ↥E ⊗[R] M⦄ → a ∈ ↑c.support → M
hy : ∀ ⦃a_1 : ↥E ⊗[R] M⦄ (a_2 : a_1 ∈ ↑c.support), b a_2 ⊗ₜ[R] a a_2 = a_1
r : ⦃a : ↥E ⊗[R] M⦄ → a ∈ c.support → R := fun a ha => ⋯.choose
hr : ∀ ⦃i : ↥E ⊗[R] M⦄ (hi : i ∈ c.support), b hi = r hi • ⟨l23 (l12 n1), ⋯⟩
i : ↥E ⊗[R] M
hi : i ∈ c.support
⊢ (LinearMap.rTensor M E.subtype) (c i • i) = (LinearMap.rTensor M E.subtype) 0

Tactic:
rw [← hy hi, hr hi, smul_tmul, map_smul, LinearMap.rTensor_tmul, Submodule.subtype_apply, eq1,
  smul_zero, map_zero]

Result:
no goals

Proof state:
case intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
⊢ False

Tactic:
have eq0 : (⊤ : Submodule R (E ⊗[R] M)) = ⊥ := by
  ext x
  simp only [Submodule.mem_top, Submodule.mem_bot, true_iff]
  have mem : x ∈ (⊤ : Submodule R _) := ⟨⟩
  rw [← TensorProduct.span_tmul_eq_top, mem_span_set] at mem
  obtain ⟨c, hc, rfl⟩ := mem
  choose b a hy using hc
  let r :  ⦃a : E ⊗[R] M⦄ → a ∈ ↑c.support → R := fun a ha =>
    Submodule.mem_span_singleton.1 (b ha).2 |>.choose
  have hr : ∀ ⦃i : E ⊗[R] M⦄ (hi : i ∈ c.support), b hi =
      r hi • ⟨l23 (l12 n1), Submodule.mem_span_singleton_self _⟩ := fun a ha =>
    Subtype.ext <| Submodule.mem_span_singleton.1 (b ha).2 |>.choose_spec.symm
  refine Finset.sum_eq_zero fun i hi => show c i • i = 0 from
    (Module.Flat.rTensor_preserves_injective_linearMap (M := M) E.subtype <|
            Submodule.injective_subtype E) ?_
  rw [← hy hi, hr hi, smul_tmul, map_smul, LinearMap.rTensor_tmul, Submodule.subtype_apply, eq1,
    smul_zero, map_zero]

Result:
case intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
hE : Nontrivial ↥E
eq1 : ∀ (m : M), l23 (l12 n1) ⊗ₜ[R] m = 0
eq0 : ⊤ = ⊥
⊢ False

Proof state:
case intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
⊢ False

Tactic:
let E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}

Result:
case intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁸ : CommRing R
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
N1 : Type u_1
inst✝⁵ : AddCommGroup N1
inst✝⁴ : Module R N1
N2 : Type u_2
inst✝³ : AddCommGroup N2
inst✝² : Module R N2
N3 : Type u_3
inst✝¹ : AddCommGroup N3
inst✝ : Module R N3
l12 : N1 →ₗ[R] N2
l23 : N2 →ₗ[R] N3
fl : FaithfullyFlat R M
ex : Function.Exact ⇑(LinearMap.rTensor M l12) ⇑(LinearMap.rTensor M l23)
n1 : N1
hn1 : l23 (l12 n1) ≠ 0
E : Submodule R N3 := Submodule.span R {l23 (l12 n1)}
⊢ False