-- Mathlib/LinearAlgebra/Eigenspace/Triangularizable.lean
theorem iSup_maxGenEigenspace_eq_top [IsAlgClosed K] [FiniteDimensional K V] (f : End K V) :
    ⨆ (μ : K), f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Proof state:
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
μ₀ : K
hμ₀ : f.HasEigenvalue μ₀
ES : Submodule K V := (f.genEigenspace μ₀) ↑(finrank K V)
ER : Submodule K V := f.genEigenrange μ₀ ↑(finrank K V)
h_f_ER : ∀ x ∈ ER, f x ∈ ER
f' : End K ↥ER := LinearMap.restrict f h_f_ER
h_dim_ES_pos : 0 < finrank K ↥ES
h_dim_add : finrank K ↥ER + finrank K ↥ES = finrank K V
h_dim_ER : finrank K ↥ER < n.succ
ih_ER : ⨆ μ, f'.maxGenEigenspace μ = ⊤
ih_ER' : ⨆ μ, Submodule.map ER.subtype (f'.maxGenEigenspace μ) = ER
μ✝ : K
⊢ Submodule.map ER.subtype (f'.maxGenEigenspace μ✝) ≤ f.maxGenEigenspace μ✝

Tactic:
rw [maxGenEigenspace, genEigenspace_restrict]

Result:
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
μ₀ : K
hμ₀ : f.HasEigenvalue μ₀
ES : Submodule K V := (f.genEigenspace μ₀) ↑(finrank K V)
ER : Submodule K V := f.genEigenrange μ₀ ↑(finrank K V)
h_f_ER : ∀ x ∈ ER, f x ∈ ER
f' : End K ↥ER := LinearMap.restrict f h_f_ER
h_dim_ES_pos : 0 < finrank K ↥ES
h_dim_add : finrank K ↥ER + finrank K ↥ES = finrank K V
h_dim_ER : finrank K ↥ER < n.succ
ih_ER : ⨆ μ, f'.maxGenEigenspace μ = ⊤
ih_ER' : ⨆ μ, Submodule.map ER.subtype (f'.maxGenEigenspace μ) = ER
μ✝ : K
⊢ Submodule.map ER.subtype (Submodule.comap ER.subtype ((f.genEigenspace μ✝) ⊤)) ≤ f.maxGenEigenspace μ✝

Proof state:
case h.succ.intro
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
μ₀ : K
hμ₀ : f.HasEigenvalue μ₀
ES : Submodule K V := (f.genEigenspace μ₀) ↑(finrank K V)
ER : Submodule K V := f.genEigenrange μ₀ ↑(finrank K V)
h_f_ER : ∀ x ∈ ER, f x ∈ ER
f' : End K ↥ER := LinearMap.restrict f h_f_ER
⊢ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Tactic:
have h_dim_ES_pos : 0 < finrank K ES := by
  dsimp only [ES]
  rw [h_dim]
  apply pos_finrank_genEigenspace_of_hasEigenvalue hμ₀ (Nat.zero_lt_succ n)

Result:
case h.succ.intro
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
μ₀ : K
hμ₀ : f.HasEigenvalue μ₀
ES : Submodule K V := (f.genEigenspace μ₀) ↑(finrank K V)
ER : Submodule K V := f.genEigenrange μ₀ ↑(finrank K V)
h_f_ER : ∀ x ∈ ER, f x ∈ ER
f' : End K ↥ER := LinearMap.restrict f h_f_ER
h_dim_ES_pos : 0 < finrank K ↥ES
⊢ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Proof state:
case h.succ
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
⊢ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Tactic:
haveI : Nontrivial V := finrank_pos_iff.1 (by rw [h_dim]; apply Nat.zero_lt_succ)

Result:
case h.succ
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
⊢ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Proof state:
case h.succ.intro
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
μ₀ : K
hμ₀ : f.HasEigenvalue μ₀
ES : Submodule K V := (f.genEigenspace μ₀) ↑(finrank K V)
ER : Submodule K V := f.genEigenrange μ₀ ↑(finrank K V)
h_f_ER : ∀ x ∈ ER, f x ∈ ER
f' : End K ↥ER := LinearMap.restrict f h_f_ER
h_dim_ES_pos : 0 < finrank K ↥ES
h_dim_add : finrank K ↥ER + finrank K ↥ES = finrank K V
h_dim_ER : finrank K ↥ER < n.succ
ih_ER : ⨆ μ, f'.maxGenEigenspace μ = ⊤
⊢ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Tactic:
have ih_ER' : ⨆ (μ : K), (f'.maxGenEigenspace μ).map ER.subtype = ER := by
  simp only [(Submodule.map_iSup _ _).symm, ih_ER, Submodule.map_subtype_top ER]

Result:
case h.succ.intro
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
μ₀ : K
hμ₀ : f.HasEigenvalue μ₀
ES : Submodule K V := (f.genEigenspace μ₀) ↑(finrank K V)
ER : Submodule K V := f.genEigenrange μ₀ ↑(finrank K V)
h_f_ER : ∀ x ∈ ER, f x ∈ ER
f' : End K ↥ER := LinearMap.restrict f h_f_ER
h_dim_ES_pos : 0 < finrank K ↥ES
h_dim_add : finrank K ↥ER + finrank K ↥ES = finrank K V
h_dim_ER : finrank K ↥ER < n.succ
ih_ER : ⨆ μ, f'.maxGenEigenspace μ = ⊤
ih_ER' : ⨆ μ, Submodule.map ER.subtype (f'.maxGenEigenspace μ) = ER
⊢ ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤

Proof state:
K : Type u_1
inst✝⁴ : Field K
inst✝³ : IsAlgClosed K
V : Type u_2
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
f : End K V
n : ℕ
ih :
  ∀ m < n + 1,
    ∀ {V : Type u_2} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] (f : End K V),
      finrank K V = m → ⨆ μ, f.maxGenEigenspace μ = ⊤
h_dim : finrank K V = n + 1
this : Nontrivial V
μ₀ : K
hμ₀ : f.HasEigenvalue μ₀
ES : Submodule K V := (f.genEigenspace μ₀) ↑(finrank K V)
ER : Submodule K V := f.genEigenrange μ₀ ↑(finrank K V)
h_f_ER : ∀ x ∈ ER, f x ∈ ER
f' : End K ↥ER := LinearMap.restrict f h_f_ER
⊢ 0 < finrank K ↥((f.genEigenspace μ₀) ↑(n + 1))

Tactic:
apply pos_finrank_genEigenspace_of_hasEigenvalue hμ₀ (Nat.zero_lt_succ n)

Result:
no goals