-- Mathlib/RingTheory/Finiteness/Finsupp.lean
theorem fg_of_fg_map_of_fg_inf_ker (f : M →ₗ[R] P) {s : Submodule R M}
    (hs1 : (s.map f).FG)
    (hs2 : (s ⊓ LinearMap.ker f).FG) : s.FG

Proof state:
case intro.intro.intro.a
R : Type u_1
M : Type u_2
P : Type u_4
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : AddCommGroup P
inst✝ : Module R P
f : M →ₗ[R] P
s : Submodule R M
this✝¹ : DecidableEq R
this✝ : DecidableEq M
this : DecidableEq P
t1 : Finset P
ht1 : span R ↑t1 = map f s
t2 : Finset M
ht2 : span R ↑t2 = s ⊓ LinearMap.ker f
g : P → M
hg : ∀ y ∈ t1, g y ∈ s ∧ f (g y) = y
x : M
hx : x ∈ s
⊢ x ∈ span R (g '' ↑t1) ⊔ span R ↑t2

Tactic:
have : f x ∈ s.map f := by
  rw [mem_map]
  exact ⟨x, hx, rfl⟩

Result:
case intro.intro.intro.a
R : Type u_1
M : Type u_2
P : Type u_4
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : AddCommGroup P
inst✝ : Module R P
f : M →ₗ[R] P
s : Submodule R M
this✝² : DecidableEq R
this✝¹ : DecidableEq M
this✝ : DecidableEq P
t1 : Finset P
ht1 : span R ↑t1 = map f s
t2 : Finset M
ht2 : span R ↑t2 = s ⊓ LinearMap.ker f
g : P → M
hg : ∀ y ∈ t1, g y ∈ s ∧ f (g y) = y
x : M
hx : x ∈ s
this : f x ∈ map f s
⊢ x ∈ span R (g '' ↑t1) ⊔ span R ↑t2

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_2
P : Type u_4
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : AddCommGroup P
inst✝ : Module R P
f : M →ₗ[R] P
s : Submodule R M
this✝² : DecidableEq R
this✝¹ : DecidableEq M
this✝ : DecidableEq P
t1 : Finset P
ht1 : span R ↑t1 = map f s
t2 : Finset M
ht2 : span R ↑t2 = s ⊓ LinearMap.ker f
this : ∀ y ∈ t1, ∃ x ∈ s, f x = y
⊢ ∃ g, ∀ y ∈ t1, g y ∈ s ∧ f (g y) = y

Tactic:
choose g hg1 hg2 using this

Result:
R : Type u_1
M : Type u_2
P : Type u_4
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : AddCommGroup P
inst✝ : Module R P
f : M →ₗ[R] P
s : Submodule R M
this✝¹ : DecidableEq R
this✝ : DecidableEq M
this : DecidableEq P
t1 : Finset P
ht1 : span R ↑t1 = map f s
t2 : Finset M
ht2 : span R ↑t2 = s ⊓ LinearMap.ker f
g : (y : P) → y ∈ t1 → M
hg1 : ∀ (y : P) (a : y ∈ t1), g y a ∈ s
hg2 : ∀ (y : P) (a : y ∈ t1), f (g y a) = y
⊢ ∃ g, ∀ y ∈ t1, g y ∈ s ∧ f (g y) = y

Proof state:
case intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
P : Type u_4
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : AddCommGroup P
inst✝ : Module R P
f : M →ₗ[R] P
s : Submodule R M
this✝² : DecidableEq R
this✝¹ : DecidableEq M
this✝ : DecidableEq P
t1 : Finset P
ht1 : span R ↑t1 = map f s
t2 : Finset M
ht2 : span R ↑t2 = s ⊓ LinearMap.ker f
this : ∀ y ∈ t1, ∃ x ∈ s, f x = y
g : P → M
hg : ∀ y ∈ t1, g y ∈ s ∧ f (g y) = y
⊢ s.FG

Tactic:
clear this

Result:
case intro.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
P : Type u_4
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : AddCommGroup P
inst✝ : Module R P
f : M →ₗ[R] P
s : Submodule R M
this✝¹ : DecidableEq R
this✝ : DecidableEq M
this : DecidableEq P
t1 : Finset P
ht1 : span R ↑t1 = map f s
t2 : Finset M
ht2 : span R ↑t2 = s ⊓ LinearMap.ker f
g : P → M
hg : ∀ y ∈ t1, g y ∈ s ∧ f (g y) = y
⊢ s.FG

Proof state:
case intro.intro.intro.a.intro.intro
R : Type u_1
M : Type u_2
P : Type u_4
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : AddCommGroup P
inst✝ : Module R P
f : M →ₗ[R] P
s : Submodule R M
this✝¹ : DecidableEq R
this✝ : DecidableEq M
this : DecidableEq P
t1 : Finset P
ht1 : span R ↑t1 = map f s
t2 : Finset M
ht2 : span R ↑t2 = s ⊓ LinearMap.ker f
g : P → M
hg : ∀ y ∈ t1, g y ∈ s ∧ f (g y) = y
x : M
hx : x ∈ s
l : P →₀ R
hl1 : l ∈ supported R R ↑t1
hl2 : (linearCombination R id) l = f x
⊢ x ∈ span R (g '' ↑t1) ⊔ span R ↑t2

Tactic:
refine
  mem_sup.2
    ⟨(linearCombination R id).toFun ((lmapDomain R R g : (P →₀ R) → M →₀ R) l), ?_,
      x - linearCombination R id ((lmapDomain R R g : (P →₀ R) → M →₀ R) l), ?_,
      add_sub_cancel _ _⟩

Result:
case intro.intro.intro.a.intro.intro.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_2
P : Type u_4
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : AddCommGroup P
inst✝ : Module R P
f : M →ₗ[R] P
s : Submodule R M
this✝¹ : DecidableEq R
this✝ : DecidableEq M
this : DecidableEq P
t1 : Finset P
ht1 : span R ↑t1 = map f s
t2 : Finset M
ht2 : span R ↑t2 = s ⊓ LinearMap.ker f
g : P → M
hg : ∀ y ∈ t1, g y ∈ s ∧ f (g y) = y
x : M
hx : x ∈ s
l : P →₀ R
hl1 : l ∈ supported R R ↑t1
hl2 : (linearCombination R id) l = f x
⊢ (linearCombination R id).toFun ((lmapDomain R R g) l) ∈ span R (g '' ↑t1)

case intro.intro.intro.a.intro.intro.refine_2
R : Type u_1
M : Type u_2
P : Type u_4
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : AddCommGroup P
inst✝ : Module R P
f : M →ₗ[R] P
s : Submodule R M
this✝¹ : DecidableEq R
this✝ : DecidableEq M
this : DecidableEq P
t1 : Finset P
ht1 : span R ↑t1 = map f s
t2 : Finset M
ht2 : span R ↑t2 = s ⊓ LinearMap.ker f
g : P → M
hg : ∀ y ∈ t1, g y ∈ s ∧ f (g y) = y
x : M
hx : x ∈ s
l : P →₀ R
hl1 : l ∈ supported R R ↑t1
hl2 : (linearCombination R id) l = f x
⊢ x - (linearCombination R id) ((lmapDomain R R g) l) ∈ span R ↑t2

Proof state:
case intro.intro.intro.a.intro.intro.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_2
P : Type u_4
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : AddCommGroup P
inst✝ : Module R P
f : M →ₗ[R] P
s : Submodule R M
this✝¹ : DecidableEq R
this✝ : DecidableEq M
this : DecidableEq P
t1 : Finset P
ht1 : span R ↑t1 = map f s
t2 : Finset M
ht2 : span R ↑t2 = s ⊓ LinearMap.ker f
g : P → M
hg : ∀ y ∈ t1, g y ∈ s ∧ f (g y) = y
x : M
hx : x ∈ s
l : P →₀ R
hl1 : l ∈ supported R R ↑t1
hl2 : (linearCombination R id) l = f x
⊢ ∃ l_1 ∈ supported R R (g '' ↑t1), (linearCombination R id) l_1 = (linearCombination R id).toFun ((lmapDomain R R g) l)

Tactic:
refine ⟨_, ?_, rfl⟩

Result:
case intro.intro.intro.a.intro.intro.refine_1
R : Type u_1
M : Type u_2
P : Type u_4
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : AddCommGroup P
inst✝ : Module R P
f : M →ₗ[R] P
s : Submodule R M
this✝¹ : DecidableEq R
this✝ : DecidableEq M
this : DecidableEq P
t1 : Finset P
ht1 : span R ↑t1 = map f s
t2 : Finset M
ht2 : span R ↑t2 = s ⊓ LinearMap.ker f
g : P → M
hg : ∀ y ∈ t1, g y ∈ s ∧ f (g y) = y
x : M
hx : x ∈ s
l : P →₀ R
hl1 : l ∈ supported R R ↑t1
hl2 : (linearCombination R id) l = f x
⊢ (lmapDomain R R g) l ∈ supported R R (g '' ↑t1)

Proof state:
R : Type u_1
M : Type u_2
P : Type u_4
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : AddCommGroup P
inst✝ : Module R P
f : M →ₗ[R] P
s : Submodule R M
this✝¹ : DecidableEq R
this✝ : DecidableEq M
this : DecidableEq P
t1 : Finset P
ht1 : span R ↑t1 = map f s
t2 : Finset M
ht2 : span R ↑t2 = s ⊓ LinearMap.ker f
⊢ ∀ y ∈ t1, ∃ x ∈ s, f x = y

Tactic:
intro y hy

Result:
R : Type u_1
M : Type u_2
P : Type u_4
inst✝⁴ : Ring R
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : AddCommGroup P
inst✝ : Module R P
f : M →ₗ[R] P
s : Submodule R M
this✝¹ : DecidableEq R
this✝ : DecidableEq M
this : DecidableEq P
t1 : Finset P
ht1 : span R ↑t1 = map f s
t2 : Finset M
ht2 : span R ↑t2 = s ⊓ LinearMap.ker f
y : P
hy : y ∈ t1
⊢ ∃ x ∈ s, f x = y