-- Mathlib/Algebra/Lie/Weights/Cartan.lean
lemma mem_corootSpace {x : H} :
    x ∈ corootSpace α ↔
    (x : L) ∈ Submodule.span R {⁅y, z⁆ | (y ∈ rootSpace H α) (z ∈ rootSpace H (-α))}

Proof state:
R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁵ : CommRing R
inst✝⁴ : LieRing L
inst✝³ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝² : LieRing.IsNilpotent ↥H
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
this : x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α)
⊢ ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ a b, ⁅↑a, ↑b⁆ = x} ↔
    ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ ↑(rootSpace H α), ∃ z ∈ ↑(rootSpace H (-α)), ⁅y, z⁆ = x}

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁵ : CommRing R
inst✝⁴ : LieRing L
inst✝³ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝² : LieRing.IsNilpotent ↥H
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
⊢ x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α)

Tactic:
rw [corootSpace]

Result:
R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁵ : CommRing R
inst✝⁴ : LieRing L
inst✝³ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝² : LieRing.IsNilpotent ↥H
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
⊢ x ∈
      (LieModuleHom.codRestrict H.toLieSubmodule ((rootSpace H 0).incl.comp (rootSpaceProduct R L H α (-α) 0 ⋯))
          ⋯).range ↔
    ↑x ∈
      LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl
        (LieModuleHom.codRestrict H.toLieSubmodule ((rootSpace H 0).incl.comp (rootSpaceProduct R L H α (-α) 0 ⋯))
            ⋯).range

Proof state:
R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁵ : CommRing R
inst✝⁴ : LieRing L
inst✝³ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝² : LieRing.IsNilpotent ↥H
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
⊢ x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ rootSpace H α, ∃ z ∈ rootSpace H (-α), ⁅y, z⁆ = x}

Tactic:
have : x ∈ corootSpace α ↔
    (x : L) ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α) := by
  rw [corootSpace]
  simp only [rootSpaceProduct_def, LieModuleHom.mem_range, LieSubmodule.mem_map,
    LieSubmodule.incl_apply, SetLike.coe_eq_coe, exists_eq_right]
  rfl

Result:
R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁵ : CommRing R
inst✝⁴ : LieRing L
inst✝³ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝² : LieRing.IsNilpotent ↥H
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
this : x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α)
⊢ x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ rootSpace H α, ∃ z ∈ rootSpace H (-α), ⁅y, z⁆ = x}

Proof state:
R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁵ : CommRing R
inst✝⁴ : LieRing L
inst✝³ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝² : LieRing.IsNilpotent ↥H
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
⊢ x ∈
      (LieModuleHom.codRestrict H.toLieSubmodule ((rootSpace H 0).incl.comp (rootSpaceProduct R L H α (-α) 0 ⋯))
          ⋯).range ↔
    ↑x ∈
      LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl
        (LieModuleHom.codRestrict H.toLieSubmodule ((rootSpace H 0).incl.comp (rootSpaceProduct R L H α (-α) 0 ⋯))
            ⋯).range

Tactic:
simp only [rootSpaceProduct_def, LieModuleHom.mem_range, LieSubmodule.mem_map,
  LieSubmodule.incl_apply, SetLike.coe_eq_coe, exists_eq_right]

Result:
R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁵ : CommRing R
inst✝⁴ : LieRing L
inst✝³ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝² : LieRing.IsNilpotent ↥H
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
⊢ (∃ m,
      (LieModuleHom.codRestrict H.toLieSubmodule
            ((rootSpace H 0).incl.comp (rootSpaceWeightSpaceProduct R L H L α (-α) 0 ⋯)) ⋯)
          m =
        x) ↔
    ∃ m,
      (LieModuleHom.codRestrict H.toLieSubmodule
            ((rootSpace H 0).incl.comp (rootSpaceWeightSpaceProduct R L H L α (-α) 0 ⋯)) ⋯)
          m =
        x

Proof state:
R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁵ : CommRing R
inst✝⁴ : LieRing L
inst✝³ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝² : LieRing.IsNilpotent ↥H
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
⊢ (∃ m,
      (LieModuleHom.codRestrict H.toLieSubmodule
            ((rootSpace H 0).incl.comp (rootSpaceWeightSpaceProduct R L H L α (-α) 0 ⋯)) ⋯)
          m =
        x) ↔
    ∃ m,
      (LieModuleHom.codRestrict H.toLieSubmodule
            ((rootSpace H 0).incl.comp (rootSpaceWeightSpaceProduct R L H L α (-α) 0 ⋯)) ⋯)
          m =
        x

Tactic:
rfl

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁵ : CommRing R
inst✝⁴ : LieRing L
inst✝³ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝² : LieRing.IsNilpotent ↥H
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
this : x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α)
⊢ ↑x ∈
      Submodule.span R
        {x |
          ∃ a b,
            ↑H.toLieSubmodule.incl
                (↑(LieModuleHom.codRestrict H.toLieSubmodule
                      ((rootSpace H 0).incl.comp (rootSpaceProduct R L H α (-α) 0 ⋯)) ⋯)
                  (a ⊗ₜ[R] b)) =
              x} ↔
    ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ ↑(rootSpace H α), ∃ z ∈ ↑(rootSpace H (-α)), ⁅y, z⁆ = x}

Tactic:
change (x : L) ∈ Submodule.span R
  {x | ∃ (a : rootSpace H α) (b : rootSpace H (-α)), ⁅(a : L), (b : L)⁆ = x} ↔ _

Result:
R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁵ : CommRing R
inst✝⁴ : LieRing L
inst✝³ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝² : LieRing.IsNilpotent ↥H
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
this : x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α)
⊢ ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ a b, ⁅↑a, ↑b⁆ = x} ↔
    ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ ↑(rootSpace H α), ∃ z ∈ ↑(rootSpace H (-α)), ⁅y, z⁆ = x}

Proof state:
R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁵ : CommRing R
inst✝⁴ : LieRing L
inst✝³ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝² : LieRing.IsNilpotent ↥H
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
this : x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α)
⊢ x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ rootSpace H α, ∃ z ∈ rootSpace H (-α), ⁅y, z⁆ = x}

Tactic:
simp_rw [this, corootSpace, ← LieModuleHom.map_top, ← LieSubmodule.mem_toSubmodule,
  LieSubmodule.toSubmodule_map, LieSubmodule.top_toSubmodule, ← TensorProduct.span_tmul_eq_top,
  LinearMap.map_span, Set.image, Set.mem_setOf_eq, exists_exists_exists_and_eq]

Result:
R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁵ : CommRing R
inst✝⁴ : LieRing L
inst✝³ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝² : LieRing.IsNilpotent ↥H
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
this : x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α)
⊢ ↑x ∈
      Submodule.span R
        {x |
          ∃ a b,
            ↑H.toLieSubmodule.incl
                (↑(LieModuleHom.codRestrict H.toLieSubmodule
                      ((rootSpace H 0).incl.comp (rootSpaceProduct R L H α (-α) 0 ⋯)) ⋯)
                  (a ⊗ₜ[R] b)) =
              x} ↔
    ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ ↑(rootSpace H α), ∃ z ∈ ↑(rootSpace H (-α)), ⁅y, z⁆ = x}