-- Mathlib/LinearAlgebra/RootSystem/Basic.lean
/-- In characteristic zero if there is no torsion, the correspondence between roots and coroots is
unique.

Formally, the point is that the hypothesis `hc` depends only on the range of the coroot mappings. -/
@[ext]
protected lemma ext [CharZero R] [NoZeroSMulDivisors R M]
    {P₁ P₂ : RootPairing ι R M N}
    (he : P₁.toPerfectPairing = P₂.toPerfectPairing)
    (hr : P₁.root = P₂.root)
    (hc : range P₁.coroot = range P₂.coroot) :
    P₁ = P₂

Proof state:
case h.H
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : AddCommGroup M
inst✝⁵ : Module R M
inst✝⁴ : AddCommGroup N
inst✝³ : Module R N
inst✝² : Finite ι
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
P₁ P₂ : RootPairing ι R M N
he : P₁.toPerfectPairing = P₂.toPerfectPairing
hr : P₁.root = P₂.root
hc : range ⇑P₁.coroot = range ⇑P₂.coroot
hc' : P₁.coroot = P₂.coroot
i j : ι
⊢ P₁.root ((P₁.reflection_perm i) j) = P₂.root ((P₂.reflection_perm i) j)

Tactic:
simp only [root_reflection_perm, reflection_apply, coroot']

Result:
case h.H
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : AddCommGroup M
inst✝⁵ : Module R M
inst✝⁴ : AddCommGroup N
inst✝³ : Module R N
inst✝² : Finite ι
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
P₁ P₂ : RootPairing ι R M N
he : P₁.toPerfectPairing = P₂.toPerfectPairing
hr : P₁.root = P₂.root
hc : range ⇑P₁.coroot = range ⇑P₂.coroot
hc' : P₁.coroot = P₂.coroot
i j : ι
⊢ P₁.root j - (P₁.flip (P₁.coroot i)) (P₁.root j) • P₁.root i =
    P₂.root j - (P₂.flip (P₂.coroot i)) (P₂.root j) • P₂.root i

Proof state:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : AddCommGroup M
inst✝⁵ : Module R M
inst✝⁴ : AddCommGroup N
inst✝³ : Module R N
inst✝² : Finite ι
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
P₁ P₂ : RootPairing ι R M N
he : P₁.toPerfectPairing = P₂.toPerfectPairing
hr : P₁.root = P₂.root
hc : range ⇑P₁.coroot = range ⇑P₂.coroot
hp : P₁.coroot = P₂.coroot → P₁.reflection_perm = P₂.reflection_perm
⊢ P₁.coroot = P₂.coroot

Tactic:
have := NoZeroSMulDivisors.int_of_charZero R M

Result:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : AddCommGroup M
inst✝⁵ : Module R M
inst✝⁴ : AddCommGroup N
inst✝³ : Module R N
inst✝² : Finite ι
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
P₁ P₂ : RootPairing ι R M N
he : P₁.toPerfectPairing = P₂.toPerfectPairing
hr : P₁.root = P₂.root
hc : range ⇑P₁.coroot = range ⇑P₂.coroot
hp : P₁.coroot = P₂.coroot → P₁.reflection_perm = P₂.reflection_perm
this : NoZeroSMulDivisors ℤ M
⊢ P₁.coroot = P₂.coroot

Proof state:
case h
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : AddCommGroup M
inst✝⁵ : Module R M
inst✝⁴ : AddCommGroup N
inst✝³ : Module R N
inst✝² : Finite ι
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
P₁ P₂ : RootPairing ι R M N
he : P₁.toPerfectPairing = P₂.toPerfectPairing
hr : P₁.root = P₂.root
hc : range ⇑P₁.coroot = range ⇑P₂.coroot
hp : P₁.coroot = P₂.coroot → P₁.reflection_perm = P₂.reflection_perm
this : NoZeroSMulDivisors ℤ M
i : ι
⊢ P₁.coroot i = P₂.coroot i

Tactic:
apply P₁.injOn_dualMap_subtype_span_root_coroot (mem_range_self i) (hc ▸ mem_range_self i)

Result:
case h
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : AddCommGroup M
inst✝⁵ : Module R M
inst✝⁴ : AddCommGroup N
inst✝³ : Module R N
inst✝² : Finite ι
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
P₁ P₂ : RootPairing ι R M N
he : P₁.toPerfectPairing = P₂.toPerfectPairing
hr : P₁.root = P₂.root
hc : range ⇑P₁.coroot = range ⇑P₂.coroot
hp : P₁.coroot = P₂.coroot → P₁.reflection_perm = P₂.reflection_perm
this : NoZeroSMulDivisors ℤ M
i : ι
⊢ ((span R (range ⇑P₁.root)).subtype.dualMap ∘ₗ P₁.toLin.flip) (P₁.coroot i) =
    ((span R (range ⇑P₁.root)).subtype.dualMap ∘ₗ P₁.toLin.flip) (P₂.coroot i)

Proof state:
case h.hf₂
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : AddCommGroup M
inst✝⁵ : Module R M
inst✝⁴ : AddCommGroup N
inst✝³ : Module R N
inst✝² : Finite ι
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
P₁ P₂ : RootPairing ι R M N
he : P₁.toPerfectPairing = P₂.toPerfectPairing
hr : P₁.root = P₂.root
hc : range ⇑P₁.coroot = range ⇑P₂.coroot
hp : P₁.coroot = P₂.coroot → P₁.reflection_perm = P₂.reflection_perm
this : NoZeroSMulDivisors ℤ M
i : ι
⊢ MapsTo (⇑(preReflection (P₁.root i) (P₁.toLin.flip (P₁.coroot i)))) (range ⇑P₁.root) (range ⇑P₁.root)

Tactic:
exact P₁.mapsTo_reflection_root i

Result:
no goals

Proof state:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : AddCommGroup M
inst✝⁵ : Module R M
inst✝⁴ : AddCommGroup N
inst✝³ : Module R N
inst✝² : Finite ι
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
P₁ P₂ : RootPairing ι R M N
he : P₁.toPerfectPairing = P₂.toPerfectPairing
hr : P₁.root = P₂.root
hc : range ⇑P₁.coroot = range ⇑P₂.coroot
hp : P₁.coroot = P₂.coroot → P₁.reflection_perm = P₂.reflection_perm
⊢ P₁ = P₂

Tactic:
suffices P₁.coroot = P₂.coroot by
  obtain ⟨p₁⟩ := P₁; obtain ⟨p₂⟩ := P₂; cases p₁; cases p₂; congr; exact hp this

Result:
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : AddCommGroup M
inst✝⁵ : Module R M
inst✝⁴ : AddCommGroup N
inst✝³ : Module R N
inst✝² : Finite ι
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
P₁ P₂ : RootPairing ι R M N
he : P₁.toPerfectPairing = P₂.toPerfectPairing
hr : P₁.root = P₂.root
hc : range ⇑P₁.coroot = range ⇑P₂.coroot
hp : P₁.coroot = P₂.coroot → P₁.reflection_perm = P₂.reflection_perm
⊢ P₁.coroot = P₂.coroot

Proof state:
case h.hf₁
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : AddCommGroup M
inst✝⁵ : Module R M
inst✝⁴ : AddCommGroup N
inst✝³ : Module R N
inst✝² : Finite ι
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
P₁ P₂ : RootPairing ι R M N
he : P₁.toPerfectPairing = P₂.toPerfectPairing
hr : P₁.root = P₂.root
hc : range ⇑P₁.coroot = range ⇑P₂.coroot
hp : P₁.coroot = P₂.coroot → P₁.reflection_perm = P₂.reflection_perm
this : NoZeroSMulDivisors ℤ M
i : ι
⊢ (P₁.toLin.flip (P₁.coroot i)) (P₁.root i) = 2

Tactic:
exact P₁.coroot_root_two i

Result:
no goals

Proof state:
case h.H
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : AddCommGroup M
inst✝⁵ : Module R M
inst✝⁴ : AddCommGroup N
inst✝³ : Module R N
inst✝² : Finite ι
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
P₁ P₂ : RootPairing ι R M N
he : P₁.toPerfectPairing = P₂.toPerfectPairing
hr : P₁.root = P₂.root
hc : range ⇑P₁.coroot = range ⇑P₂.coroot
hc' : P₁.coroot = P₂.coroot
i j : ι
⊢ P₁.root ((P₁.reflection_perm i) j) = P₁.root ((P₂.reflection_perm i) j)

Tactic:
conv_rhs => rw [hr]

Result:
case h.H
ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
N : Type u_4
inst✝⁷ : CommRing R
inst✝⁶ : AddCommGroup M
inst✝⁵ : Module R M
inst✝⁴ : AddCommGroup N
inst✝³ : Module R N
inst✝² : Finite ι
inst✝¹ : CharZero R
inst✝ : NoZeroSMulDivisors R M
P₁ P₂ : RootPairing ι R M N
he : P₁.toPerfectPairing = P₂.toPerfectPairing
hr : P₁.root = P₂.root
hc : range ⇑P₁.coroot = range ⇑P₂.coroot
hc' : P₁.coroot = P₂.coroot
i j : ι
⊢ P₁.root ((P₁.reflection_perm i) j) = P₂.root ((P₂.reflection_perm i) j)