-- Mathlib/RingTheory/Filtration.lean
theorem submodule_fg_iff_stable (hF' : ∀ i, (F.N i).FG) : F.submodule.FG ↔ F.Stable

Proof state:
case mpr.intro.h.mk.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
n : ℕ
hn : F.submodule = Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
i : ℕ
hi : i ∈ Finset.range n.succ
s : Finset M
hs : Submodule.span R ↑s = F.N i
this :
  Submodule.span ↥(reesAlgebra I) ↑(Finset.image (⇑(lsingle R i)) s) =
    Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
⊢ (Submodule.span ↥(reesAlgebra I) ↑(Finset.image (⇑(lsingle R i)) s)).FG

Tactic:
exact ⟨_, rfl⟩

Result:
no goals

Proof state:
case mpr.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
n : ℕ
hn : F.submodule = Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
⊢ (Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))).FG

Tactic:
simp_rw [Submodule.span_iUnion₂, ← Finset.mem_range_succ_iff, iSup_subtype']

Result:
case mpr.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
n : ℕ
hn : F.submodule = Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
⊢ (⨆ x, Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⇑(single R ↑x) '' ↑(F.N ↑x))).FG

Proof state:
case mpr.intro.h.mk.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
n : ℕ
hn : F.submodule = Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
i : ℕ
hi : i ∈ Finset.range n.succ
s : Finset M
hs : Submodule.span R ↑s = F.N i
⊢ (Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⇑(single R ↑⟨i, hi⟩) '' ↑(F.N ↑⟨i, hi⟩))).FG

Tactic:
have : Submodule.span (reesAlgebra I) (s.image (lsingle R i) : Set (PolynomialModule R M)) =
    Submodule.span _ (single R i '' (F.N i : Set M)) := by
  rw [Finset.coe_image, ← Submodule.span_span_of_tower R, ← Submodule.map_span, hs]; rfl

Result:
case mpr.intro.h.mk.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
n : ℕ
hn : F.submodule = Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
i : ℕ
hi : i ∈ Finset.range n.succ
s : Finset M
hs : Submodule.span R ↑s = F.N i
this :
  Submodule.span ↥(reesAlgebra I) ↑(Finset.image (⇑(lsingle R i)) s) =
    Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
⊢ (Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⇑(single R ↑⟨i, hi⟩) '' ↑(F.N ↑⟨i, hi⟩))).FG

Proof state:
case mp.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
H : F.submodule.FG
⊢ Monotone fun n₀ => Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))

Tactic:
intro n m e

Result:
case mp.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
H : F.submodule.FG
n m : ℕ
e : n ≤ m
⊢ (fun n₀ => Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))) n ≤
    (fun n₀ => Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))) m

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
⊢ F.submodule.FG ↔
    ∃ n₀, F.submodule = Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))

Tactic:
constructor

Result:
case mp
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
⊢ F.submodule.FG →
    ∃ n₀, F.submodule = Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))

case mpr
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
⊢ (∃ n₀, F.submodule = Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))) →
    F.submodule.FG

Proof state:
case mp.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
H : F.submodule.FG
⊢ Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ i_1, ⋃ (_ : i_1 ≤ i), ⇑(single R i_1) '' ↑(F.N i_1)) =
    Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))

Tactic:
congr 1

Result:
case mp.refine_2.e_s
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
H : F.submodule.FG
⊢ ⋃ i, ⋃ i_1, ⋃ (_ : i_1 ≤ i), ⇑(single R i_1) '' ↑(F.N i_1) = ⋃ i, ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)

Proof state:
case mp.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
H : F.submodule.FG
n m : ℕ
e : n ≤ m
i : ℕ
hi : i ≤ n
⊢ ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆
    ↑((fun n₀ => Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))) m)

Tactic:
refine Set.Subset.trans ?_ Submodule.subset_span

Result:
case mp.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
H : F.submodule.FG
n m : ℕ
e : n ≤ m
i : ℕ
hi : i ≤ n
⊢ ⇑(single R i) '' ↑(F.N i) ⊆ ⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ m), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
n : ℕ
hn : F.submodule = Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))
i : ℕ
hi : i ∈ Finset.range n.succ
s : Finset M
hs : Submodule.span R ↑s = F.N i
⊢ Submodule.span ↥(reesAlgebra I) ↑(Submodule.map (lsingle R i) (F.N i)) =
    Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⇑(single R i) '' ↑(F.N i))

Tactic:
rfl

Result:
no goals

Proof state:
case mp
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
H : F.submodule.FG
⊢ ∃ n₀, F.submodule = Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))

Tactic:
refine H.stabilizes_of_iSup_eq
    ⟨fun n₀ => Submodule.span _ (⋃ (i : ℕ) (_ : i ≤ n₀), single R i '' ↑(F.N i)), ?_⟩ ?_

Result:
case mp.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
H : F.submodule.FG
⊢ Monotone fun n₀ => Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i))

case mp.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
H : F.submodule.FG
⊢ iSup
      ⇑{ toFun := fun n₀ => Submodule.span (↥(reesAlgebra I)) (⋃ i, ⋃ (_ : i ≤ n₀), ⇑(single R i) '' ↑(F.N i)),
          monotone' := ?mp.refine_1 } =
    F.submodule

Proof state:
case mp.refine_2.e_s.h.mpr.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
I : Ideal R
F : I.Filtration M
hF' : ∀ (i : ℕ), (F.N i).FG
H : F.submodule.FG
x✝ : PolynomialModule R M
i : ℕ
e : ∃ x ∈ F.N i, (single R i) x = x✝
⊢ ∃ i, ∃ i_1 ≤ i, ∃ x ∈ F.N i_1, (single R i_1) x = x✝

Tactic:
exact ⟨i, i, le_refl i, e⟩

Result:
no goals