-- Mathlib/LinearAlgebra/Eigenspace/Triangularizable.lean
theorem inf_iSup_genEigenspace [FiniteDimensional K V] (h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p) (k : ℕ∞) :
    p ⊓ ⨆ μ, f.genEigenspace μ k = ⨆ μ, p ⊓ f.genEigenspace μ k

Proof state:
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∈ m.support
l : K → ℕ
hlk : ∀ (i : K), ↑(l i) ≤ k
hl : ∀ (i : K), m i ∈ LinearMap.ker ((f - i • 1) ^ l i)
l₀ : ℕ := m.support.sup l
h_comm : ∀ (μ₁ μ₂ : K), Commute ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₂) ^ l₀)
g : End K V := (m.support.erase μ).noncommProd (fun μ₁ => (f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ⋯
hfg : Commute f g
hg₀ : g (m.sum fun _μ mμ => mμ) = g (m μ)
μ' : K
x✝ : μ' ∈ m.support.erase μ
x : V
hx : x ∈ ↑p
⊢ (f - (algebraMap K (End K V)) μ') x ∈ ↑p

Tactic:
rw [LinearMap.sub_apply, algebraMap_end_apply]

Result:
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∈ m.support
l : K → ℕ
hlk : ∀ (i : K), ↑(l i) ≤ k
hl : ∀ (i : K), m i ∈ LinearMap.ker ((f - i • 1) ^ l i)
l₀ : ℕ := m.support.sup l
h_comm : ∀ (μ₁ μ₂ : K), Commute ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₂) ^ l₀)
g : End K V := (m.support.erase μ).noncommProd (fun μ₁ => (f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ⋯
hfg : Commute f g
hg₀ : g (m.sum fun _μ mμ => mμ) = g (m μ)
μ' : K
x✝ : μ' ∈ m.support.erase μ
x : V
hx : x ∈ ↑p
⊢ f x - μ' • x ∈ ↑p

Proof state:
case h
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∈ m.support
l : K → ℕ
hlk : ∀ (i : K), ↑(l i) ≤ k
hl : ∀ (i : K), m i ∈ LinearMap.ker ((f - i • 1) ^ l i)
l₀ : ℕ := m.support.sup l
h_comm : ∀ (μ₁ μ₂ : K), Commute ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₂) ^ l₀)
g : End K V := (m.support.erase μ).noncommProd (fun μ₁ => (f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ⋯
hfg : Commute f g
hg₀ : g (m.sum fun _μ mμ => mμ) = g (m μ)
hg₁ : MapsTo ⇑g ↑p ↑p
hg₂ : MapsTo ⇑g ↑((f.genEigenspace μ) k) ↑((f.genEigenspace μ) k)
this✝ : iSupIndep fun x => (f.genEigenspace x) k
aux : ∀ μ' ∈ m.support.erase μ, (f.genEigenspace μ') ↑l₀ ≤ (f.genEigenspace μ') k
this : (m.support.erase μ).SupIndep fun x => (f.genEigenspace x) k
μ' : K
hμ' : μ' ∈ m.support.erase μ
⊢ LinearMap.ker ((f - (algebraMap K (End K V)) μ') ^ l₀) ≤ (f.genEigenspace μ') k

Tactic:
rw [Algebra.algebraMap_eq_smul_one, ← End.genEigenspace_nat]

Result:
case h
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∈ m.support
l : K → ℕ
hlk : ∀ (i : K), ↑(l i) ≤ k
hl : ∀ (i : K), m i ∈ LinearMap.ker ((f - i • 1) ^ l i)
l₀ : ℕ := m.support.sup l
h_comm : ∀ (μ₁ μ₂ : K), Commute ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₂) ^ l₀)
g : End K V := (m.support.erase μ).noncommProd (fun μ₁ => (f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ⋯
hfg : Commute f g
hg₀ : g (m.sum fun _μ mμ => mμ) = g (m μ)
hg₁ : MapsTo ⇑g ↑p ↑p
hg₂ : MapsTo ⇑g ↑((f.genEigenspace μ) k) ↑((f.genEigenspace μ) k)
this✝ : iSupIndep fun x => (f.genEigenspace x) k
aux : ∀ μ' ∈ m.support.erase μ, (f.genEigenspace μ') ↑l₀ ≤ (f.genEigenspace μ') k
this : (m.support.erase μ).SupIndep fun x => (f.genEigenspace x) k
μ' : K
hμ' : μ' ∈ m.support.erase μ
⊢ (f.genEigenspace μ') ↑l₀ ≤ (f.genEigenspace μ') k

Proof state:
case intro.intro.intro
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
⊢ ∀ (μ : K), m μ ∈ p

Tactic:
intro μ

Result:
case intro.intro.intro
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
⊢ m μ ∈ p

Proof state:
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∈ m.support
l : K → ℕ
hlk : ∀ (i : K), ↑(l i) ≤ k
hl : ∀ (i : K), m i ∈ LinearMap.ker ((f - i • 1) ^ l i)
l₀ : ℕ := m.support.sup l
h_comm : ∀ (μ₁ μ₂ : K), Commute ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₂) ^ l₀)
g : End K V := (m.support.erase μ).noncommProd (fun μ₁ => (f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ⋯
hfg : Commute f g
hg₀ : g (m.sum fun _μ mμ => mμ) = g (m μ)
hg₁ : MapsTo ⇑g ↑p ↑p
hg₂ : MapsTo ⇑g ↑((f.genEigenspace μ) k) ↑((f.genEigenspace μ) k)
hg₃ : InjOn ⇑g ↑((f.genEigenspace μ) k)
this : MapsTo ⇑g ↑(p ⊓ (f.genEigenspace μ) k) ↑(p ⊓ (f.genEigenspace μ) k)
⊢ InjOn ⇑g ↑(p ⊓ (f.genEigenspace μ) k)

Tactic:
exact hg₃.mono inter_subset_right

Result:
no goals

Proof state:
case neg
K : Type u_1
V : Type u_2
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
p : Submodule K V
f : End K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
h : ∀ x ∈ p, f x ∈ p
k : ℕ∞
m : K →₀ V
hm₂ : ∀ (i : K), m i ∈ (f.genEigenspace i) k
hm₀ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ p
hm₁ : (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, (f.genEigenspace μ) k
μ : K
hμ : μ ∈ m.support
l : K → ℕ
hlk : ∀ (i : K), ↑(l i) ≤ k
hl : ∀ (i : K), m i ∈ LinearMap.ker ((f - i • 1) ^ l i)
l₀ : ℕ := m.support.sup l
h_comm : ∀ (μ₁ μ₂ : K), Commute ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ((f - (algebraMap K (End K V)) μ₂) ^ l₀)
g : End K V := (m.support.erase μ).noncommProd (fun μ₁ => (f - (algebraMap K (End K V)) μ₁) ^ l₀) ⋯
hfg : Commute f g
μ' : K
hμ' : μ' ∈ m.support
hμμ' : ¬μ' = μ
hl₀ : ((f - (algebraMap K (End K V)) μ') ^ l₀) (m μ') = 0
this :
  ((m.support.erase μ).erase μ').noncommProd (fun μ => (f - (algebraMap K (End K V)) μ) ^ l₀) ⋯ *
      (f - (algebraMap K (End K V)) μ') ^ l₀ =
    g
⊢ g (m μ') = 0

Tactic:
rw [← this, LinearMap.mul_apply, hl₀, _root_.map_zero]

Result:
no goals