-- Mathlib/RingTheory/Flat/FaithfullyFlat/Basic.lean
/--
An `R`-module `M` is faithfully flat iff it is flat and for all linear maps `f`, the map
`id ⊗ f = 0`, if and only if `f = 0`. -/
lemma iff_zero_iff_lTensor_zero :
    FaithfullyFlat R M ↔
    (Module.Flat R M ∧
      (∀ {N : Type max u v} [AddCommGroup N] [Module R N]
        {N' : Type max u v} [AddCommGroup N'] [Module R N']
        (f : N →ₗ[R] N'), f.lTensor M = 0 ↔ f = 0)) :=
  ⟨fun fl => ⟨inferInstance, fun f => zero_iff_lTensor_zero R M f |>.symm⟩,
    fun ⟨flat, Z⟩ => iff_flat_and_lTensor_reflects_triviality R M |>.2 ⟨flat, fun N _ _ _ => by
      have := Z (LinearMap.id : N →ₗ[R] N) |>.1 (by ext; exact Subsingleton.elim _ _)
      rw [subsingleton_iff_forall_eq 0]
      exact fun y => congr($this y)⟩⟩

Proof state:
case a.h.h
R : Type u
M : Type v
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
x✝⁵ :
  Flat R M ∧
    ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)}
      [inst_2 : AddCommGroup N'] [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
flat : Flat R M
Z :
  ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)} [inst_2 : AddCommGroup N']
    [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
N : Type (max u v)
x✝⁴ : AddCommGroup N
x✝³ : Module R N
x✝² : Subsingleton (M ⊗[R] N)
x✝¹ : M
x✝ : N
⊢ ((AlgebraTensorModule.curry (LinearMap.lTensor M LinearMap.id)) x✝¹) x✝ = ((AlgebraTensorModule.curry 0) x✝¹) x✝

Tactic:
exact Subsingleton.elim _ _

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u
M : Type v
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
x✝³ :
  Flat R M ∧
    ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)}
      [inst_2 : AddCommGroup N'] [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
flat : Flat R M
Z :
  ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)} [inst_2 : AddCommGroup N']
    [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
N : Type (max u v)
x✝² : AddCommGroup N
x✝¹ : Module R N
x✝ : Subsingleton (M ⊗[R] N)
⊢ Subsingleton N

Tactic:
have := Z (LinearMap.id : N →ₗ[R] N) |>.1 (by ext; exact Subsingleton.elim _ _)

Result:
R : Type u
M : Type v
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
x✝³ :
  Flat R M ∧
    ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)}
      [inst_2 : AddCommGroup N'] [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
flat : Flat R M
Z :
  ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)} [inst_2 : AddCommGroup N']
    [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
N : Type (max u v)
x✝² : AddCommGroup N
x✝¹ : Module R N
x✝ : Subsingleton (M ⊗[R] N)
this : LinearMap.id = 0
⊢ Subsingleton N

Proof state:
R : Type u
M : Type v
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
x✝³ :
  Flat R M ∧
    ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)}
      [inst_2 : AddCommGroup N'] [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
flat : Flat R M
Z :
  ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)} [inst_2 : AddCommGroup N']
    [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
N : Type (max u v)
x✝² : AddCommGroup N
x✝¹ : Module R N
x✝ : Subsingleton (M ⊗[R] N)
⊢ LinearMap.lTensor M LinearMap.id = 0

Tactic:
ext

Result:
case a.h.h
R : Type u
M : Type v
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
x✝⁵ :
  Flat R M ∧
    ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)}
      [inst_2 : AddCommGroup N'] [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
flat : Flat R M
Z :
  ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)} [inst_2 : AddCommGroup N']
    [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
N : Type (max u v)
x✝⁴ : AddCommGroup N
x✝³ : Module R N
x✝² : Subsingleton (M ⊗[R] N)
x✝¹ : M
x✝ : N
⊢ ((AlgebraTensorModule.curry (LinearMap.lTensor M LinearMap.id)) x✝¹) x✝ = ((AlgebraTensorModule.curry 0) x✝¹) x✝

Proof state:
R : Type u
M : Type v
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
x✝³ :
  Flat R M ∧
    ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)}
      [inst_2 : AddCommGroup N'] [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
flat : Flat R M
Z :
  ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)} [inst_2 : AddCommGroup N']
    [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
N : Type (max u v)
x✝² : AddCommGroup N
x✝¹ : Module R N
x✝ : Subsingleton (M ⊗[R] N)
this : LinearMap.id = 0
⊢ Subsingleton N

Tactic:
rw [subsingleton_iff_forall_eq 0]

Result:
R : Type u
M : Type v
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
x✝³ :
  Flat R M ∧
    ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)}
      [inst_2 : AddCommGroup N'] [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
flat : Flat R M
Z :
  ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)} [inst_2 : AddCommGroup N']
    [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
N : Type (max u v)
x✝² : AddCommGroup N
x✝¹ : Module R N
x✝ : Subsingleton (M ⊗[R] N)
this : LinearMap.id = 0
⊢ ∀ (y : N), y = 0

Proof state:
R : Type u
M : Type v
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
x✝³ :
  Flat R M ∧
    ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)}
      [inst_2 : AddCommGroup N'] [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
flat : Flat R M
Z :
  ∀ {N : Type (max u v)} [inst : AddCommGroup N] [inst_1 : Module R N] {N' : Type (max u v)} [inst_2 : AddCommGroup N']
    [inst_3 : Module R N'] (f : N →ₗ[R] N'), LinearMap.lTensor M f = 0 ↔ f = 0
N : Type (max u v)
x✝² : AddCommGroup N
x✝¹ : Module R N
x✝ : Subsingleton (M ⊗[R] N)
this : LinearMap.id = 0
⊢ ∀ (y : N), y = 0

Tactic:
exact fun y => congr($this y)

Result:
no goals