-- Mathlib/LinearAlgebra/QuadraticForm/Basic.lean
theorem exists_orthogonal_basis [hK : Invertible (2 : K)] {B : LinearMap.BilinForm K V}
    (hB₂ : B.IsSymm) : ∃ v : Basis (Fin (finrank K V)) K V, B.IsOrthoᵢ v

Proof state:
case succ.inr.intro.intro.refine_1.refine_1
K : Type v
inst✝³ : Field K
hK : Invertible 2
d : ℕ
ih :
  ∀ {V : Type u} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] {B : BilinForm K V},
    IsSymm B → finrank K V = d → ∃ v, IsOrthoᵢ B ⇑v
V : Type u
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
B : BilinForm K V
hB₂ : IsSymm B
this : Nontrivial V
hB₁ : B ≠ 0
x : V
hd : finrank K ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) + 1 = d + 1
hx : ¬IsOrtho B x x
B' : ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) →ₗ[K] ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) →ₗ[K] K :=
  domRestrict₁₂ B ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)
v' : Basis (Fin d) K ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)
hv₁ :
  (domRestrict₁₂ B ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)).IsOrthoᵢ ⇑v'
b : Basis (Fin (d + 1)) K V := Basis.mkFinCons x v' ⋯ ⋯
j i : Fin (d + 1)
hij : 0 ≠ 0
⊢ IsOrtho B x x

Tactic:
exact (hij rfl).elim

Result:
no goals

Proof state:
V : Type u
K : Type v
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
hK : Invertible 2
B : BilinForm K V
hB₂ : IsSymm B
⊢ ∀ (d : ℕ), finrank K V = d → ∃ v, IsOrthoᵢ B ⇑v

Tactic:
intro d hd

Result:
V : Type u
K : Type v
inst✝³ : Field K
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
hK : Invertible 2
B : BilinForm K V
hB₂ : IsSymm B
d : ℕ
hd : finrank K V = d
⊢ ∃ v, IsOrthoᵢ B ⇑v

Proof state:
K : Type v
inst✝³ : Field K
hK : Invertible 2
d : ℕ
ih :
  ∀ {V : Type u} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] {B : BilinForm K V},
    IsSymm B → finrank K V = d → ∃ v, IsOrthoᵢ B ⇑v
V : Type u
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
B : BilinForm K V
hB₂ : IsSymm B
this : Nontrivial V
hB₁ : B ≠ 0
x : V
hd : finrank K ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) + 1 = d + 1
hx : ¬IsOrtho B x x
B' : ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) →ₗ[K] ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) →ₗ[K] K :=
  domRestrict₁₂ B ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)
v' : Basis (Fin d) K ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)
hv₁ :
  (domRestrict₁₂ B ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)).IsOrthoᵢ ⇑v'
c : K
y : V
hy : y ∈ (Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B
hc : c • x + y = 0
⊢ c = 0

Tactic:
rw [add_eq_zero_iff_neg_eq] at hc

Result:
K : Type v
inst✝³ : Field K
hK : Invertible 2
d : ℕ
ih :
  ∀ {V : Type u} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] {B : BilinForm K V},
    IsSymm B → finrank K V = d → ∃ v, IsOrthoᵢ B ⇑v
V : Type u
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
B : BilinForm K V
hB₂ : IsSymm B
this : Nontrivial V
hB₁ : B ≠ 0
x : V
hd : finrank K ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) + 1 = d + 1
hx : ¬IsOrtho B x x
B' : ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) →ₗ[K] ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) →ₗ[K] K :=
  domRestrict₁₂ B ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)
v' : Basis (Fin d) K ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)
hv₁ :
  (domRestrict₁₂ B ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)).IsOrthoᵢ ⇑v'
c : K
y : V
hy : y ∈ (Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B
hc : -(c • x) = y
⊢ c = 0

Proof state:
case succ.inr.intro.intro.refine_2.refine_1
K : Type v
inst✝³ : Field K
hK : Invertible 2
d : ℕ
ih :
  ∀ {V : Type u} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] {B : BilinForm K V},
    IsSymm B → finrank K V = d → ∃ v, IsOrthoᵢ B ⇑v
V : Type u
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
B : BilinForm K V
hB₂ : IsSymm B
this : Nontrivial V
hB₁ : B ≠ 0
x : V
hd : finrank K ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) + 1 = d + 1
hx : ¬IsOrtho B x x
B' : ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) →ₗ[K] ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) →ₗ[K] K :=
  domRestrict₁₂ B ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)
v' : Basis (Fin d) K ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)
hv₁ :
  (domRestrict₁₂ B ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)).IsOrthoᵢ ⇑v'
b : Basis (Fin (d + 1)) K V := Basis.mkFinCons x v' ⋯ ⋯
j i✝ : Fin (d + 1)
i : Fin d
hij : 0 ≠ i.succ
⊢ IsOrtho B x ↑(v' i)

Tactic:
exact (v' i).prop _ (Submodule.mem_span_singleton_self x)

Result:
no goals

Proof state:
case succ
K : Type v
inst✝³ : Field K
hK : Invertible 2
d : ℕ
ih :
  ∀ {V : Type u} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] {B : BilinForm K V},
    IsSymm B → finrank K V = d → ∃ v, IsOrthoᵢ B ⇑v
V : Type u
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
B : BilinForm K V
hB₂ : IsSymm B
hd : finrank K V = d + 1
⊢ ∃ v, IsOrthoᵢ B ⇑v

Tactic:
haveI := finrank_pos_iff.1 (hd.symm ▸ Nat.succ_pos d : 0 < finrank K V)

Result:
case succ
K : Type v
inst✝³ : Field K
hK : Invertible 2
d : ℕ
ih :
  ∀ {V : Type u} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] {B : BilinForm K V},
    IsSymm B → finrank K V = d → ∃ v, IsOrthoᵢ B ⇑v
V : Type u
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
B : BilinForm K V
hB₂ : IsSymm B
hd : finrank K V = d + 1
this : Nontrivial V
⊢ ∃ v, IsOrthoᵢ B ⇑v

Proof state:
case succ.inr.intro.intro.refine_1.refine_2
K : Type v
inst✝³ : Field K
hK : Invertible 2
d : ℕ
ih :
  ∀ {V : Type u} [inst : AddCommGroup V] [inst_1 : Module K V] [inst_2 : FiniteDimensional K V] {B : BilinForm K V},
    IsSymm B → finrank K V = d → ∃ v, IsOrthoᵢ B ⇑v
V : Type u
inst✝² : AddCommGroup V
inst✝¹ : Module K V
inst✝ : FiniteDimensional K V
B : BilinForm K V
hB₂ : IsSymm B
this : Nontrivial V
hB₁ : B ≠ 0
x : V
hd : finrank K ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) + 1 = d + 1
hx : ¬IsOrtho B x x
B' : ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) →ₗ[K] ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) →ₗ[K] K :=
  domRestrict₁₂ B ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)
v' : Basis (Fin d) K ↥((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)
hv₁ :
  (domRestrict₁₂ B ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B) ((Submodule.span K {x}).orthogonalBilin B)).IsOrthoᵢ ⇑v'
b : Basis (Fin (d + 1)) K V := Basis.mkFinCons x v' ⋯ ⋯
j✝ i : Fin (d + 1)
j : Fin d
hij : j.succ ≠ 0
⊢ (RingHom.id K) ((B x) ↑(v' j)) = 0

Tactic:
exact (v' j).prop _ (Submodule.mem_span_singleton_self x)

Result:
no goals