-- Mathlib/LinearAlgebra/Span/Basic.lean
theorem iSup_toAddSubmonoid {ι : Sort*} (p : ι → Submodule R M) :
    (⨆ i, p i).toAddSubmonoid = ⨆ i, (p i).toAddSubmonoid

Proof state:
case refine_4
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝¹ : M
hx✝ : x✝¹ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
r : R
x : M
x✝ : x ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
⊢ r • x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

Tactic:
refine AddSubmonoid.closure_induction ?_ ?_ ?_ hx

Result:
case refine_4.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝¹ : M
hx✝ : x✝¹ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
r : R
x : M
x✝ : x ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
⊢ ∀ x ∈ ⋃ i, ↑(p i), r • x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

case refine_4.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝¹ : M
hx✝ : x✝¹ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
r : R
x : M
x✝ : x ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
⊢ r • 0 ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

case refine_4.refine_3
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝¹ : M
hx✝ : x✝¹ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
r : R
x : M
x✝ : x ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
⊢ ∀ (x y : M),
    x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i)) →
      y ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i)) →
        r • x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i)) →
          r • y ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i)) → r • (x + y) ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

Proof state:
case refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x : M
hx : x ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
⊢ 0 ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

Tactic:
exact AddSubmonoid.zero_mem _

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x : M
hx : x ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
⊢ x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

Tactic:
refine Submodule.span_induction (fun x hx => ?_) ?_ (fun x y _ _ hx hy => ?_)
  (fun r x _ hx => ?_) hx

Result:
case refine_1
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝ : M
hx✝ : x✝ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
x : M
hx : x ∈ ⋃ i, ↑(p i)
⊢ x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

case refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x : M
hx : x ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
⊢ 0 ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

case refine_3
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝² : M
hx✝ : x✝² ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
x y : M
x✝¹ : x ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
x✝ : y ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
hy : y ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
⊢ x + y ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

case refine_4
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝¹ : M
hx✝ : x✝¹ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
r : R
x : M
x✝ : x ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
⊢ r • x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

Proof state:
case refine_4.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝¹ : M
hx✝ : x✝¹ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
r : R
x : M
x✝ : x ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
⊢ ∀ x ∈ ⋃ i, ↑(p i), r • x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

Tactic:
rintro x ⟨_, ⟨i, rfl⟩, hix : x ∈ p i⟩

Result:
case refine_4.refine_1.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝² : M
hx✝ : x✝² ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
r : R
x✝¹ : M
x✝ : x✝¹ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x✝¹ ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
x : M
i : ι
hix : x ∈ p i
⊢ r • x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
⊢ (⨆ i, p i).toAddSubmonoid = ⨆ i, (p i).toAddSubmonoid

Tactic:
refine le_antisymm (fun x => ?_) (iSup_le fun i => toAddSubmonoid_mono <| le_iSup _ i)

Result:
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x : M
⊢ x ∈ (⨆ i, p i).toAddSubmonoid → x ∈ ⨆ i, (p i).toAddSubmonoid

Proof state:
case refine_4.refine_3
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝¹ : M
hx✝ : x✝¹ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
r : R
x : M
x✝ : x ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
⊢ ∀ (x y : M),
    x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i)) →
      y ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i)) →
        r • x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i)) →
          r • y ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i)) → r • (x + y) ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

Tactic:
intro x y _ _ hx hy

Result:
case refine_4.refine_3
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝² : M
hx✝² : x✝² ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
r : R
x✝¹ : M
x✝ : x✝¹ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx✝¹ : x✝¹ ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
x y : M
hx✝ : x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
hy✝ : y ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
hx : r • x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
hy : r • y ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
⊢ r • (x + y) ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

Proof state:
case refine_3
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝² : M
hx✝ : x✝² ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
x y : M
x✝¹ : x ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
x✝ : y ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
hy : y ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
⊢ x + y ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

Tactic:
exact AddSubmonoid.add_mem _ hx hy

Result:
no goals

Proof state:
case refine_4.refine_1.intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝² : M
hx✝ : x✝² ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
r : R
x✝¹ : M
x✝ : x✝¹ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x✝¹ ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
x : M
i : ι
hix : x ∈ p i
⊢ r • x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

Tactic:
apply AddSubmonoid.subset_closure (Set.mem_iUnion.mpr ⟨i, _⟩)

Result:
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝² : M
hx✝ : x✝² ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
r : R
x✝¹ : M
x✝ : x✝¹ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x✝¹ ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
x : M
i : ι
hix : x ∈ p i
⊢ r • x ∈ ↑(p i)

Proof state:
case refine_4.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝¹ : M
hx✝ : x✝¹ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
r : R
x : M
x✝ : x ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
⊢ 0 ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))

Tactic:
exact AddSubmonoid.zero_mem _

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_4
inst✝² : Semiring R
inst✝¹ : AddCommMonoid M
inst✝ : Module R M
ι : Sort u_9
p : ι → Submodule R M
x✝² : M
hx✝ : x✝² ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
r : R
x✝¹ : M
x✝ : x✝¹ ∈ span R (⋃ i, ↑(p i))
hx : x✝¹ ∈ AddSubmonoid.closure (⋃ i, ↑(p i))
x : M
i : ι
hix : x ∈ p i
⊢ r • x ∈ ↑(p i)

Tactic:
exact smul_mem _ r hix

Result:
no goals