Module: Mathlib.RingTheory.FiniteType

Goal state before:
pp: case refine_1
R : Type u_1
inst✝ : CommRing R
M : Type u_1
x✝² : AddCommMonoid M
x✝¹ : Module R M
x✝ : Module.Finite R M
N : Submodule R M
f : ↥N →ₗ[R] M
hf : Surjective ⇑f
this✝² : AddCommGroup M := addCommMonoidToAddCommGroup R
this✝¹ : AddCommGroup ↥N := addCommMonoidToAddCommGroup R
i : ↥N →ₗ[R] M := N.subtype
hi : Function.Injective ⇑i := injective_subtype N
n : ↥N
hn : f n = 0
k : ℕ
mj : Fin k → M
hmj : Surjective ⇑((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj)
b : Fin k → R
hb : ((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj) b = i n
nj : Fin k → ↥N
hnj : ∀ (j : Fin k), f (nj j) = mj j
c : Fin k → Fin k → R
hc : ∀ (j : Fin k), ((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj) (c j) = i (nj j)
A : Subring R := Subring.closure (Set.range b ∪ Set.range (Function.uncurry c))
N' : Submodule ↥A ↥N := span (↥A) ({n} ∪ Set.range nj)
M' : Submodule (↥A) M := span (↥A) (Set.range mj)
this✝ : IsNoetherianRing ↥A
this : Module.Finite ↥A ↥M'
x : ↥N
hx : x ∈ N'
⊢ (↑↥A i) x ∈ M'

pp: case refine_2
R : Type u_1
inst✝ : CommRing R
M : Type u_1
x✝² : AddCommMonoid M
x✝¹ : Module R M
x✝ : Module.Finite R M
N : Submodule R M
f : ↥N →ₗ[R] M
hf : Surjective ⇑f
this✝² : AddCommGroup M := addCommMonoidToAddCommGroup R
this✝¹ : AddCommGroup ↥N := addCommMonoidToAddCommGroup R
i : ↥N →ₗ[R] M := N.subtype
hi : Function.Injective ⇑i := injective_subtype N
n : ↥N
hn : f n = 0
k : ℕ
mj : Fin k → M
hmj : Surjective ⇑((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj)
b : Fin k → R
hb : ((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj) b = i n
nj : Fin k → ↥N
hnj : ∀ (j : Fin k), f (nj j) = mj j
c : Fin k → Fin k → R
hc : ∀ (j : Fin k), ((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj) (c j) = i (nj j)
A : Subring R := Subring.closure (Set.range b ∪ Set.range (Function.uncurry c))
N' : Submodule ↥A ↥N := span (↥A) ({n} ∪ Set.range nj)
M' : Submodule (↥A) M := span (↥A) (Set.range mj)
this✝ : IsNoetherianRing ↥A
this : Module.Finite ↥A ↥M'
x : ↥N
hx : x ∈ N'
⊢ (↑↥A f) x ∈ M'

pp: case refine_3
R : Type u_1
inst✝ : CommRing R
M : Type u_1
x✝³ : AddCommMonoid M
x✝² : Module R M
x✝¹ : Module.Finite R M
N : Submodule R M
f : ↥N →ₗ[R] M
hf : Surjective ⇑f
this✝² : AddCommGroup M := addCommMonoidToAddCommGroup R
this✝¹ : AddCommGroup ↥N := addCommMonoidToAddCommGroup R
i : ↥N →ₗ[R] M := N.subtype
hi : Function.Injective ⇑i := injective_subtype N
n : ↥N
hn : f n = 0
k : ℕ
mj : Fin k → M
hmj : Surjective ⇑((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj)
b : Fin k → R
hb : ((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj) b = i n
nj : Fin k → ↥N
hnj : ∀ (j : Fin k), f (nj j) = mj j
c : Fin k → Fin k → R
hc : ∀ (j : Fin k), ((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj) (c j) = i (nj j)
A : Subring R := Subring.closure (Set.range b ∪ Set.range (Function.uncurry c))
N' : Submodule ↥A ↥N := span (↥A) ({n} ∪ Set.range nj)
M' : Submodule (↥A) M := span (↥A) (Set.range mj)
this✝ : IsNoetherianRing ↥A
this : Module.Finite ↥A ↥M'
x✝ : ↥M'
x : M
hx : x ∈ M'
⊢ ∃ a, ((↑↥A f).restrict ⋯) a = ⟨x, hx⟩

Tactic:
· induction hx using span_induction with
    | mem x hx =>
      change i x ∈ M'
      simp only [Set.singleton_union, Set.mem_insert_iff, Set.mem_range] at hx
      rcases hx with hx | ⟨j, rfl⟩
      · rw [hx, ← hb, piEquiv_apply_apply]
        refine Submodule.sum_mem _ fun j _ ↦ ?_
        let b' : A := ⟨b j, Subring.subset_closure (by simp)⟩
        rw [show b j • mj j = b' • mj j from rfl]
        exact smul_mem _ _ (subset_span (by simp))
      · rw [← hc, piEquiv_apply_apply]
        refine Submodule.sum_mem _ fun j' _ ↦ ?_
        let c' : A := ⟨c j j', Subring.subset_closure
          (by simp [show ∃ a b, c a b = c j j' from ⟨j, j', rfl⟩])⟩
        rw [show c j j' • mj j' = c' • mj j' from rfl]
        exact smul_mem _ _ (subset_span (by simp))
    | zero => simp
    | add x _ y _ hx hy => rw [map_add]; exact add_mem hx hy
    | smul a x _ hx => rw [map_smul]; exact smul_mem _ _ hx

Goal state after:
case refine_2
R : Type u_1
inst✝ : CommRing R
M : Type u_1
x✝² : AddCommMonoid M
x✝¹ : Module R M
x✝ : Module.Finite R M
N : Submodule R M
f : ↥N →ₗ[R] M
hf : Surjective ⇑f
this✝² : AddCommGroup M := addCommMonoidToAddCommGroup R
this✝¹ : AddCommGroup ↥N := addCommMonoidToAddCommGroup R
i : ↥N →ₗ[R] M := N.subtype
hi : Function.Injective ⇑i := injective_subtype N
n : ↥N
hn : f n = 0
k : ℕ
mj : Fin k → M
hmj : Surjective ⇑((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj)
b : Fin k → R
hb : ((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj) b = i n
nj : Fin k → ↥N
hnj : ∀ (j : Fin k), f (nj j) = mj j
c : Fin k → Fin k → R
hc : ∀ (j : Fin k), ((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj) (c j) = i (nj j)
A : Subring R := Subring.closure (Set.range b ∪ Set.range (Function.uncurry c))
N' : Submodule ↥A ↥N := span (↥A) ({n} ∪ Set.range nj)
M' : Submodule (↥A) M := span (↥A) (Set.range mj)
this✝ : IsNoetherianRing ↥A
this : Module.Finite ↥A ↥M'
x : ↥N
hx : x ∈ N'
⊢ (↑↥A f) x ∈ M'

case refine_3
R : Type u_1
inst✝ : CommRing R
M : Type u_1
x✝³ : AddCommMonoid M
x✝² : Module R M
x✝¹ : Module.Finite R M
N : Submodule R M
f : ↥N →ₗ[R] M
hf : Surjective ⇑f
this✝² : AddCommGroup M := addCommMonoidToAddCommGroup R
this✝¹ : AddCommGroup ↥N := addCommMonoidToAddCommGroup R
i : ↥N →ₗ[R] M := N.subtype
hi : Function.Injective ⇑i := injective_subtype N
n : ↥N
hn : f n = 0
k : ℕ
mj : Fin k → M
hmj : Surjective ⇑((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj)
b : Fin k → R
hb : ((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj) b = i n
nj : Fin k → ↥N
hnj : ∀ (j : Fin k), f (nj j) = mj j
c : Fin k → Fin k → R
hc : ∀ (j : Fin k), ((Module.piEquiv (Fin k) R M) mj) (c j) = i (nj j)
A : Subring R := Subring.closure (Set.range b ∪ Set.range (Function.uncurry c))
N' : Submodule ↥A ↥N := span (↥A) ({n} ∪ Set.range nj)
M' : Submodule (↥A) M := span (↥A) (Set.range mj)
this✝ : IsNoetherianRing ↥A
this : Module.Finite ↥A ↥M'
x✝ : ↥M'
x : M
hx : x ∈ M'
⊢ ∃ a, ((↑↥A f).restrict ⋯) a = ⟨x, hx⟩