-- Mathlib/LinearAlgebra/Dimension/Finite.lean
theorem Module.exists_nontrivial_relation_sum_zero_of_finrank_succ_lt_card
    {t : Finset M} (h : finrank R M + 1 < t.card) :
    ∃ f : M → R, ∑ e ∈ t, f e • e = 0 ∧ ∑ e ∈ t, f e = 0 ∧ ∃ x ∈ t, f x ≠ 0

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.refine_1
R : Type u
M : Type v
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : Module.Finite R M
inst✝ : StrongRankCondition R
t : Finset M
h : finrank R M + 1 < #t
x₀ : M
x₀_mem : x₀ ∈ t
shift : M ↪ M := { toFun := fun x => x - x₀, inj' := ⋯ }
t' : Finset M := Finset.map shift (t.erase x₀)
h' : finrank R M < #t'
g : M → R
gsum : ∑ e ∈ t', g e • e = 0
x₁ : M
x₁_mem : x₁ ∈ t'
nz : g x₁ ≠ 0
f : M → R := fun z => if z = x₀ then -∑ z ∈ t.erase x₀, g (z - x₀) else g (z - x₀)
⊢ ∑ e ∈ t, f e • e = 0

Tactic:
rw [sum_map, Embedding.coeFn_mk] at gsum

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.refine_1
R : Type u
M : Type v
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : Module.Finite R M
inst✝ : StrongRankCondition R
t : Finset M
h : finrank R M + 1 < #t
x₀ : M
x₀_mem : x₀ ∈ t
shift : M ↪ M := { toFun := fun x => x - x₀, inj' := ⋯ }
t' : Finset M := Finset.map shift (t.erase x₀)
h' : finrank R M < #t'
g : M → R
gsum : ∑ x ∈ t.erase x₀, g (x - x₀) • (x - x₀) = 0
x₁ : M
x₁_mem : x₁ ∈ t'
nz : g x₁ ≠ 0
f : M → R := fun z => if z = x₀ then -∑ z ∈ t.erase x₀, g (z - x₀) else g (z - x₀)
⊢ ∑ e ∈ t, f e • e = 0

Proof state:
case intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : Module.Finite R M
inst✝ : StrongRankCondition R
t : Finset M
h : finrank R M + 1 < #t
x₀ : M
x₀_mem : x₀ ∈ t
shift : M ↪ M := { toFun := fun x => x - x₀, inj' := ⋯ }
⊢ ∃ f, ∑ e ∈ t, f e • e = 0 ∧ ∑ e ∈ t, f e = 0 ∧ ∃ x ∈ t, f x ≠ 0

Tactic:
let t' := (t.erase x₀).map shift

Result:
case intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : Module.Finite R M
inst✝ : StrongRankCondition R
t : Finset M
h : finrank R M + 1 < #t
x₀ : M
x₀_mem : x₀ ∈ t
shift : M ↪ M := { toFun := fun x => x - x₀, inj' := ⋯ }
t' : Finset M := Finset.map shift (t.erase x₀)
⊢ ∃ f, ∑ e ∈ t, f e • e = 0 ∧ ∑ e ∈ t, f e = 0 ∧ ∃ x ∈ t, f x ≠ 0

Proof state:
R : Type u
M : Type v
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : Module.Finite R M
inst✝ : StrongRankCondition R
t : Finset M
h : finrank R M + 1 < #t
x₀ : M
x₀_mem : x₀ ∈ t
shift : M ↪ M := { toFun := fun x => x - x₀, inj' := ⋯ }
t' : Finset M := Finset.map shift (t.erase x₀)
⊢ finrank R M < #t'

Tactic:
rw [card_map, card_erase_of_mem x₀_mem]

Result:
R : Type u
M : Type v
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : Module.Finite R M
inst✝ : StrongRankCondition R
t : Finset M
h : finrank R M + 1 < #t
x₀ : M
x₀_mem : x₀ ∈ t
shift : M ↪ M := { toFun := fun x => x - x₀, inj' := ⋯ }
t' : Finset M := Finset.map shift (t.erase x₀)
⊢ finrank R M < #t - 1

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.refine_2
R : Type u
M : Type v
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : Module.Finite R M
inst✝ : StrongRankCondition R
t : Finset M
h : finrank R M + 1 < #t
x₀ : M
x₀_mem : x₀ ∈ t
shift : M ↪ M := { toFun := fun x => x - x₀, inj' := ⋯ }
t' : Finset M := Finset.map shift (t.erase x₀)
h' : finrank R M < #t'
g : M → R
gsum : ∑ e ∈ t', g e • e = 0
x₁ : M
x₁_mem : x₁ ∈ t'
nz : g x₁ ≠ 0
f : M → R := fun z => if z = x₀ then -∑ z ∈ t.erase x₀, g (z - x₀) else g (z - x₀)
⊢ (∑ x ∈ t.erase x₀, if x = x₀ then -∑ z ∈ t.erase x₀, g (z - x₀) else g (x - x₀)) = ∑ z ∈ t.erase x₀, g (z - x₀)

Tactic:
exact sum_congr rfl fun x x_mem ↦ if_neg (mem_erase.mp x_mem).1

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.refine_1
R : Type u
M : Type v
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : Module.Finite R M
inst✝ : StrongRankCondition R
t : Finset M
h : finrank R M + 1 < #t
x₀ : M
x₀_mem : x₀ ∈ t
shift : M ↪ M := { toFun := fun x => x - x₀, inj' := ⋯ }
t' : Finset M := Finset.map shift (t.erase x₀)
h' : finrank R M < #t'
g : M → R
gsum : ∑ x ∈ t.erase x₀, g (x - x₀) • (x - x₀) = 0
x₁ : M
x₁_mem : x₁ ∈ t'
nz : g x₁ ≠ 0
f : M → R := fun z => if z = x₀ then -∑ z ∈ t.erase x₀, g (z - x₀) else g (z - x₀)
⊢ ∑ e ∈ t, f e • e = 0

Tactic:
simp_rw [f, ← t.sum_erase_add _ x₀_mem, if_pos, neg_smul, sum_smul,
         ← sub_eq_add_neg, ← sum_sub_distrib, ← gsum, smul_sub]

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.refine_1
R : Type u
M : Type v
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : Module.Finite R M
inst✝ : StrongRankCondition R
t : Finset M
h : finrank R M + 1 < #t
x₀ : M
x₀_mem : x₀ ∈ t
shift : M ↪ M := { toFun := fun x => x - x₀, inj' := ⋯ }
t' : Finset M := Finset.map shift (t.erase x₀)
h' : finrank R M < #t'
g : M → R
gsum : ∑ x ∈ t.erase x₀, g (x - x₀) • (x - x₀) = 0
x₁ : M
x₁_mem : x₁ ∈ t'
nz : g x₁ ≠ 0
f : M → R := fun z => if z = x₀ then -∑ z ∈ t.erase x₀, g (z - x₀) else g (z - x₀)
⊢ ∑ x ∈ t.erase x₀, ((if x = x₀ then -∑ z ∈ t.erase x₀, g (z - x₀) else g (x - x₀)) • x - g (x - x₀) • x₀) =
    ∑ x ∈ t.erase x₀, (g (x - x₀) • x - g (x - x₀) • x₀)

Proof state:
case intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : Module.Finite R M
inst✝ : StrongRankCondition R
t : Finset M
h : finrank R M + 1 < #t
x₀ : M
x₀_mem : x₀ ∈ t
shift : M ↪ M := { toFun := fun x => x - x₀, inj' := ⋯ }
t' : Finset M := Finset.map shift (t.erase x₀)
⊢ ∃ f, ∑ e ∈ t, f e • e = 0 ∧ ∑ e ∈ t, f e = 0 ∧ ∃ x ∈ t, f x ≠ 0

Tactic:
have h' : finrank R M < t'.card := by
  rw [card_map, card_erase_of_mem x₀_mem]
  exact Nat.lt_pred_iff.mpr h

Result:
case intro
R : Type u
M : Type v
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : Module.Finite R M
inst✝ : StrongRankCondition R
t : Finset M
h : finrank R M + 1 < #t
x₀ : M
x₀_mem : x₀ ∈ t
shift : M ↪ M := { toFun := fun x => x - x₀, inj' := ⋯ }
t' : Finset M := Finset.map shift (t.erase x₀)
h' : finrank R M < #t'
⊢ ∃ f, ∑ e ∈ t, f e • e = 0 ∧ ∑ e ∈ t, f e = 0 ∧ ∃ x ∈ t, f x ≠ 0