-- Mathlib/RingTheory/Unramified/Field.lean
theorem range_eq_top_of_isPurelyInseparable
    [IsPurelyInseparable K L] : (algebraMap K L).range = ⊤

Proof state:
case pos
K : Type u_1
L : Type u_3
inst✝⁵ : Field K
inst✝⁴ : Field L
inst✝³ : Algebra K L
inst✝² : FormallyUnramified K L
inst✝¹ : EssFiniteType K L
inst✝ : IsPurelyInseparable K L
this✝¹ : Nontrivial (L ⊗[K] L)
x : L
a✝ : x ∈ ⊤
n : ℕ
hn : x ^ ringExpChar K ^ n ∈ (algebraMap K L).range
this✝ : ExpChar (L ⊗[K] L) (ringExpChar K)
this : (1 ⊗ₜ[K] x - x ⊗ₜ[K] 1) ^ ringExpChar K ^ n = 0
H : 1 ⊗ₜ[K] x = x ⊗ₜ[K] 1
h' : LinearIndependent K ![1, x]
h : LinearIndepOn K _root_.id (Set.range ![1, x])
⊢ x ∈ (algebraMap K L).range

Tactic:
let S := h.extend (Set.subset_univ _)

Result:
case pos
K : Type u_1
L : Type u_3
inst✝⁵ : Field K
inst✝⁴ : Field L
inst✝³ : Algebra K L
inst✝² : FormallyUnramified K L
inst✝¹ : EssFiniteType K L
inst✝ : IsPurelyInseparable K L
this✝¹ : Nontrivial (L ⊗[K] L)
x : L
a✝ : x ∈ ⊤
n : ℕ
hn : x ^ ringExpChar K ^ n ∈ (algebraMap K L).range
this✝ : ExpChar (L ⊗[K] L) (ringExpChar K)
this : (1 ⊗ₜ[K] x - x ⊗ₜ[K] 1) ^ ringExpChar K ^ n = 0
H : 1 ⊗ₜ[K] x = x ⊗ₜ[K] 1
h' : LinearIndependent K ![1, x]
h : LinearIndepOn K _root_.id (Set.range ![1, x])
S : Set L := h.extend ⋯
⊢ x ∈ (algebraMap K L).range

Proof state:
K : Type u_1
L : Type u_3
inst✝⁵ : Field K
inst✝⁴ : Field L
inst✝³ : Algebra K L
inst✝² : FormallyUnramified K L
inst✝¹ : EssFiniteType K L
inst✝ : IsPurelyInseparable K L
this✝¹ : Nontrivial (L ⊗[K] L)
x : L
a✝ : x ∈ ⊤
n : ℕ
hn : x ^ ringExpChar K ^ n ∈ (algebraMap K L).range
this✝ : ExpChar (L ⊗[K] L) (ringExpChar K)
this : (1 ⊗ₜ[K] x - x ⊗ₜ[K] 1) ^ ringExpChar K ^ n = 0
H : 1 ⊗ₜ[K] x = x ⊗ₜ[K] 1
a b : K
e : a • 1 + b • x = 0
hab : a = 0 → ¬b = 0
⊢ IsUnit b

Tactic:
rw [isUnit_iff_ne_zero]

Result:
K : Type u_1
L : Type u_3
inst✝⁵ : Field K
inst✝⁴ : Field L
inst✝³ : Algebra K L
inst✝² : FormallyUnramified K L
inst✝¹ : EssFiniteType K L
inst✝ : IsPurelyInseparable K L
this✝¹ : Nontrivial (L ⊗[K] L)
x : L
a✝ : x ∈ ⊤
n : ℕ
hn : x ^ ringExpChar K ^ n ∈ (algebraMap K L).range
this✝ : ExpChar (L ⊗[K] L) (ringExpChar K)
this : (1 ⊗ₜ[K] x - x ⊗ₜ[K] 1) ^ ringExpChar K ^ n = 0
H : 1 ⊗ₜ[K] x = x ⊗ₜ[K] 1
a b : K
e : a • 1 + b • x = 0
hab : a = 0 → ¬b = 0
⊢ b ≠ 0

Proof state:
case pos
K : Type u_1
L : Type u_3
inst✝⁵ : Field K
inst✝⁴ : Field L
inst✝³ : Algebra K L
inst✝² : FormallyUnramified K L
inst✝¹ : EssFiniteType K L
inst✝ : IsPurelyInseparable K L
this✝¹ : Nontrivial (L ⊗[K] L)
x : L
a✝ : x ∈ ⊤
n : ℕ
hn : x ^ ringExpChar K ^ n ∈ (algebraMap K L).range
this✝ : ExpChar (L ⊗[K] L) (ringExpChar K)
this : (1 ⊗ₜ[K] x - x ⊗ₜ[K] 1) ^ ringExpChar K ^ n = 0
H : 1 ⊗ₜ[K] x = x ⊗ₜ[K] 1
h' : LinearIndependent K ![1, x]
h : LinearIndepOn K _root_.id (Set.range ![1, x])
S : Set L := h.extend ⋯
a : ↑S := ⟨1, ⋯⟩
ha : (Basis.extend h) a = 1
b : ↑S := ⟨x, ⋯⟩
⊢ x ∈ (algebraMap K L).range

Tactic:
have hb : Basis.extend h b = x := by simp [b]

Result:
case pos
K : Type u_1
L : Type u_3
inst✝⁵ : Field K
inst✝⁴ : Field L
inst✝³ : Algebra K L
inst✝² : FormallyUnramified K L
inst✝¹ : EssFiniteType K L
inst✝ : IsPurelyInseparable K L
this✝¹ : Nontrivial (L ⊗[K] L)
x : L
a✝ : x ∈ ⊤
n : ℕ
hn : x ^ ringExpChar K ^ n ∈ (algebraMap K L).range
this✝ : ExpChar (L ⊗[K] L) (ringExpChar K)
this : (1 ⊗ₜ[K] x - x ⊗ₜ[K] 1) ^ ringExpChar K ^ n = 0
H : 1 ⊗ₜ[K] x = x ⊗ₜ[K] 1
h' : LinearIndependent K ![1, x]
h : LinearIndepOn K _root_.id (Set.range ![1, x])
S : Set L := h.extend ⋯
a : ↑S := ⟨1, ⋯⟩
ha : (Basis.extend h) a = 1
b : ↑S := ⟨x, ⋯⟩
hb : (Basis.extend h) b = x
⊢ x ∈ (algebraMap K L).range

Proof state:
case pos
K : Type u_1
L : Type u_3
inst✝⁵ : Field K
inst✝⁴ : Field L
inst✝³ : Algebra K L
inst✝² : FormallyUnramified K L
inst✝¹ : EssFiniteType K L
inst✝ : IsPurelyInseparable K L
this✝¹ : Nontrivial (L ⊗[K] L)
x : L
a✝ : x ∈ ⊤
n : ℕ
hn : x ^ ringExpChar K ^ n ∈ (algebraMap K L).range
this✝ : ExpChar (L ⊗[K] L) (ringExpChar K)
this : (1 ⊗ₜ[K] x - x ⊗ₜ[K] 1) ^ ringExpChar K ^ n = 0
H : 1 ⊗ₜ[K] x = x ⊗ₜ[K] 1
h' : LinearIndependent K ![1, x]
h : LinearIndepOn K _root_.id (Set.range ![1, x])
S : Set L := h.extend ⋯
⊢ x ∈ (algebraMap K L).range

Tactic:
let a : S := ⟨1, h.subset_extend _ (by simp)⟩

Result:
case pos
K : Type u_1
L : Type u_3
inst✝⁵ : Field K
inst✝⁴ : Field L
inst✝³ : Algebra K L
inst✝² : FormallyUnramified K L
inst✝¹ : EssFiniteType K L
inst✝ : IsPurelyInseparable K L
this✝¹ : Nontrivial (L ⊗[K] L)
x : L
a✝ : x ∈ ⊤
n : ℕ
hn : x ^ ringExpChar K ^ n ∈ (algebraMap K L).range
this✝ : ExpChar (L ⊗[K] L) (ringExpChar K)
this : (1 ⊗ₜ[K] x - x ⊗ₜ[K] 1) ^ ringExpChar K ^ n = 0
H : 1 ⊗ₜ[K] x = x ⊗ₜ[K] 1
h' : LinearIndependent K ![1, x]
h : LinearIndepOn K _root_.id (Set.range ![1, x])
S : Set L := h.extend ⋯
a : ↑S := ⟨1, ⋯⟩
⊢ x ∈ (algebraMap K L).range

Proof state:
case pos
K : Type u_1
L : Type u_3
inst✝⁵ : Field K
inst✝⁴ : Field L
inst✝³ : Algebra K L
inst✝² : FormallyUnramified K L
inst✝¹ : EssFiniteType K L
inst✝ : IsPurelyInseparable K L
this✝¹ : Nontrivial (L ⊗[K] L)
x : L
a✝ : x ∈ ⊤
n : ℕ
hn : x ^ ringExpChar K ^ n ∈ (algebraMap K L).range
this✝ : ExpChar (L ⊗[K] L) (ringExpChar K)
this : (1 ⊗ₜ[K] x - x ⊗ₜ[K] 1) ^ ringExpChar K ^ n = 0
H : 1 ⊗ₜ[K] x = x ⊗ₜ[K] 1
h' : LinearIndependent K ![1, x]
⊢ x ∈ (algebraMap K L).range

Tactic:
have h := h'.linearIndepOn_id

Result:
case pos
K : Type u_1
L : Type u_3
inst✝⁵ : Field K
inst✝⁴ : Field L
inst✝³ : Algebra K L
inst✝² : FormallyUnramified K L
inst✝¹ : EssFiniteType K L
inst✝ : IsPurelyInseparable K L
this✝¹ : Nontrivial (L ⊗[K] L)
x : L
a✝ : x ∈ ⊤
n : ℕ
hn : x ^ ringExpChar K ^ n ∈ (algebraMap K L).range
this✝ : ExpChar (L ⊗[K] L) (ringExpChar K)
this : (1 ⊗ₜ[K] x - x ⊗ₜ[K] 1) ^ ringExpChar K ^ n = 0
H : 1 ⊗ₜ[K] x = x ⊗ₜ[K] 1
h' : LinearIndependent K ![1, x]
h : LinearIndepOn K _root_.id (Set.range ![1, x])
⊢ x ∈ (algebraMap K L).range

Proof state:
K : Type u_1
L : Type u_3
inst✝⁵ : Field K
inst✝⁴ : Field L
inst✝³ : Algebra K L
inst✝² : FormallyUnramified K L
inst✝¹ : EssFiniteType K L
inst✝ : IsPurelyInseparable K L
this✝¹ : Nontrivial (L ⊗[K] L)
x : L
a✝ : x ∈ ⊤
n : ℕ
hn : x ^ ringExpChar K ^ n ∈ (algebraMap K L).range
this✝ : ExpChar (L ⊗[K] L) (ringExpChar K)
this : (1 ⊗ₜ[K] x - x ⊗ₜ[K] 1) ^ ringExpChar K ^ n = 0
H : 1 ⊗ₜ[K] x = x ⊗ₜ[K] 1
h' : LinearIndependent K ![1, x]
h : LinearIndepOn K _root_.id (Set.range ![1, x])
S : Set L := h.extend ⋯
a : ↑S := ⟨1, ⋯⟩
ha : (Basis.extend h) a = 1
⊢ x ∈ Set.range ![1, x]

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
case neg.intro.intro.intro
K : Type u_1
L : Type u_3
inst✝⁵ : Field K
inst✝⁴ : Field L
inst✝³ : Algebra K L
inst✝² : FormallyUnramified K L
inst✝¹ : EssFiniteType K L
inst✝ : IsPurelyInseparable K L
this✝² : Nontrivial (L ⊗[K] L)
x : L
a✝ : x ∈ ⊤
n : ℕ
hn : x ^ ringExpChar K ^ n ∈ (algebraMap K L).range
this✝¹ : ExpChar (L ⊗[K] L) (ringExpChar K)
this✝ : (1 ⊗ₜ[K] x - x ⊗ₜ[K] 1) ^ ringExpChar K ^ n = 0
H : 1 ⊗ₜ[K] x = x ⊗ₜ[K] 1
a b : K
e : a • 1 + b • x = 0
hab : a = 0 → ¬b = 0
this : IsUnit b
⊢ x ∈ (algebraMap K L).range

Tactic:
use (-this.unit⁻¹ * a)

Result:
case h
K : Type u_1
L : Type u_3
inst✝⁵ : Field K
inst✝⁴ : Field L
inst✝³ : Algebra K L
inst✝² : FormallyUnramified K L
inst✝¹ : EssFiniteType K L
inst✝ : IsPurelyInseparable K L
this✝² : Nontrivial (L ⊗[K] L)
x : L
a✝ : x ∈ ⊤
n : ℕ
hn : x ^ ringExpChar K ^ n ∈ (algebraMap K L).range
this✝¹ : ExpChar (L ⊗[K] L) (ringExpChar K)
this✝ : (1 ⊗ₜ[K] x - x ⊗ₜ[K] 1) ^ ringExpChar K ^ n = 0
H : 1 ⊗ₜ[K] x = x ⊗ₜ[K] 1
a b : K
e : a • 1 + b • x = 0
hab : a = 0 → ¬b = 0
this : IsUnit b
⊢ (algebraMap K L) (-↑this.unit⁻¹ * a) = x