-- 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)
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
⊢ Disjoint ((f.genEigenspace μ) k) (LinearMap.ker g)

Tactic:
rw [LinearMap.ker_noncommProd_eq_of_supIndep_ker, ← Finset.sup_eq_iSup]

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)
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
⊢ Disjoint ((f.genEigenspace μ) k)
    ((m.support.erase μ).sup fun i => LinearMap.ker ((f - (algebraMap K (End K V)) i) ^ l₀))

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
⊢ (m.support.erase μ).SupIndep fun i => LinearMap.ker ((f - (algebraMap K (End K V)) i) ^ l₀)

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 x - μ' • x ∈ ↑p

Tactic:
exact p.sub_mem (h _ hx) (smul_mem p μ' hx)

Result:
no goals

Proof state:
case pos
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
hm₂_aux : ∀ (i : K), ∃ l, ↑l ≤ k ∧ m i ∈ LinearMap.ker ((f - i • 1) ^ l)
⊢ m μ ∈ p

Tactic:
choose l hlk hl using hm₂_aux

Result:
case pos
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)
⊢ m μ ∈ p

Proof state:
case pos
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) ⋯
⊢ m μ ∈ p

Tactic:
have hfg : Commute f g := Finset.noncommProd_commute _ _ _ _ fun μ' _ ↦
  (Commute.sub_right rfl <| Algebra.commute_algebraMap_right _ _).pow_right _

Result:
case pos
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
⊢ 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
this : ∀ (μ : K), m μ ∈ p
⊢ (m.sum fun _i xi => xi) ∈ ⨆ μ, p ⊓ (f.genEigenspace μ) k

Tactic:
exact (mem_iSup_iff_exists_finsupp _ _).mpr ⟨m, fun μ ↦ mem_inf.mp ⟨this μ, hm₂ μ⟩, rfl⟩

Result:
no goals