Theorem: Polynomial.sup_ker_aeval_eq_ker_aeval_mul_of_coprime
File: Mathlib/RingTheory/Polynomial/Basic.lean

Proof steps:
state_before: R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
hpq : IsCoprime p q
⊢ LinearMap.ker ((aeval f) p) ⊔ LinearMap.ker ((aeval f) q) = LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
state_after: R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
hpq : IsCoprime p q
⊢ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q)) ≤ LinearMap.ker ((aeval f) p) ⊔ LinearMap.ker ((aeval f) q)
tactic: apply le_antisymm sup_ker_aeval_le_ker_aeval_mul
state_before: R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
hpq : IsCoprime p q
⊢ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q)) ≤ LinearMap.ker ((aeval f) p) ⊔ LinearMap.ker ((aeval f) q)
state_after: R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
hpq : IsCoprime p q
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
⊢ v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) p) ⊔ LinearMap.ker ((aeval f) q)
tactic: intro v hv
state_before: R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
hpq : IsCoprime p q
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
⊢ v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) p) ⊔ LinearMap.ker ((aeval f) q)
state_after: R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
hpq : IsCoprime p q
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
⊢ ∃ y ∈ LinearMap.ker ((aeval f) p), ∃ z ∈ LinearMap.ker ((aeval f) q), y + z = v
tactic: rw [Submodule.mem_sup]
state_before: R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
hpq : IsCoprime p q
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
⊢ ∃ y ∈ LinearMap.ker ((aeval f) p), ∃ z ∈ LinearMap.ker ((aeval f) q), y + z = v
state_after: case intro.intro
R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
p' q' : R[X]
hpq' : p' * p + q' * q = 1
⊢ ∃ y ∈ LinearMap.ker ((aeval f) p), ∃ z ∈ LinearMap.ker ((aeval f) q), y + z = v
tactic: rcases hpq with ⟨p', q', hpq'⟩
state_before: case intro.intro
R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
p' q' : R[X]
hpq' : p' * p + q' * q = 1
⊢ ∃ y ∈ LinearMap.ker ((aeval f) p), ∃ z ∈ LinearMap.ker ((aeval f) q), y + z = v
state_after: case intro.intro
R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
p' q' : R[X]
hpq' : p' * p + q' * q = 1
h_eval₂_qpp' : ((aeval f) (q * (p * p'))) v = 0
⊢ ∃ y ∈ LinearMap.ker ((aeval f) p), ∃ z ∈ LinearMap.ker ((aeval f) q), y + z = v
tactic: have h_eval₂_qpp' :=
    calc
      aeval f (q * (p * p')) v = aeval f (p' * (p * q)) v := by
        rw [mul_comm, mul_assoc, mul_comm, mul_assoc, mul_comm q p]
      _ = 0 := by rw [aeval_mul, LinearMap.mul_apply, LinearMap.mem_ker.1 hv, LinearMap.map_zero]
state_before: case intro.intro
R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
p' q' : R[X]
hpq' : p' * p + q' * q = 1
h_eval₂_qpp' : ((aeval f) (q * (p * p'))) v = 0
⊢ ∃ y ∈ LinearMap.ker ((aeval f) p), ∃ z ∈ LinearMap.ker ((aeval f) q), y + z = v
state_after: case intro.intro
R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
p' q' : R[X]
hpq' : p' * p + q' * q = 1
h_eval₂_qpp' : ((aeval f) (q * (p * p'))) v = 0
h_eval₂_pqq' : ((aeval f) (p * (q * q'))) v = 0
⊢ ∃ y ∈ LinearMap.ker ((aeval f) p), ∃ z ∈ LinearMap.ker ((aeval f) q), y + z = v
tactic: have h_eval₂_pqq' :=
    calc
      aeval f (p * (q * q')) v = aeval f (q' * (p * q)) v := by rw [← mul_assoc, mul_comm]
      _ = 0 := by rw [aeval_mul, LinearMap.mul_apply, LinearMap.mem_ker.1 hv, LinearMap.map_zero]
state_before: case intro.intro
R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
p' q' : R[X]
hpq' : p' * p + q' * q = 1
h_eval₂_qpp' : ((aeval f) (q * (p * p'))) v = 0
h_eval₂_pqq' : ((aeval f) (p * (q * q'))) v = 0
⊢ ∃ y ∈ LinearMap.ker ((aeval f) p), ∃ z ∈ LinearMap.ker ((aeval f) q), y + z = v
state_after: case intro.intro
R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
p' q' : R[X]
hpq' : p' * p + q' * q = 1
h_eval₂_qpp' : ((aeval f) q * (aeval f) (p * p')) v = 0
h_eval₂_pqq' : ((aeval f) p * (aeval f) (q * q')) v = 0
⊢ ∃ y ∈ LinearMap.ker ((aeval f) p), ∃ z ∈ LinearMap.ker ((aeval f) q), y + z = v
tactic: rw [aeval_mul] at h_eval₂_qpp' h_eval₂_pqq'
state_before: case intro.intro
R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
p' q' : R[X]
hpq' : p' * p + q' * q = 1
h_eval₂_qpp' : ((aeval f) q * (aeval f) (p * p')) v = 0
h_eval₂_pqq' : ((aeval f) p * (aeval f) (q * q')) v = 0
⊢ ∃ y ∈ LinearMap.ker ((aeval f) p), ∃ z ∈ LinearMap.ker ((aeval f) q), y + z = v
state_after: case intro.intro
R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
p' q' : R[X]
hpq' : p' * p + q' * q = 1
h_eval₂_qpp' : ((aeval f) q * (aeval f) (p * p')) v = 0
h_eval₂_pqq' : ((aeval f) p * (aeval f) (q * q')) v = 0
⊢ ((aeval f) (q * q')) v + ((aeval f) (p * p')) v = v
tactic: refine
    ⟨aeval f (q * q') v, LinearMap.mem_ker.1 h_eval₂_pqq', aeval f (p * p') v,
      LinearMap.mem_ker.1 h_eval₂_qpp', ?_⟩
state_before: case intro.intro
R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
p' q' : R[X]
hpq' : p' * p + q' * q = 1
h_eval₂_qpp' : ((aeval f) q * (aeval f) (p * p')) v = 0
h_eval₂_pqq' : ((aeval f) p * (aeval f) (q * q')) v = 0
⊢ ((aeval f) (q * q')) v + ((aeval f) (p * p')) v = v
state_after: case intro.intro
R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
p' q' : R[X]
hpq' : p' * p + q' * q = 1
h_eval₂_qpp' : ((aeval f) q * (aeval f) (p * p')) v = 0
h_eval₂_pqq' : ((aeval f) p * (aeval f) (q * q')) v = 0
⊢ ((aeval f) (p' * p)) v + ((aeval f) (q' * q)) v = v
tactic: rw [add_comm, mul_comm p p', mul_comm q q']
state_before: case intro.intro
R : Type u
S : Type u_1
σ : Type v
M : Type w
inst✝³ : CommRing R
inst✝² : CommRing S
inst✝¹ : AddCommGroup M
inst✝ : Module R M
f : M →ₗ[R] M
p q : R[X]
v : M
hv : v ∈ LinearMap.ker ((aeval f) (p * q))
p' q' : R[X]
hpq' : p' * p + q' * q = 1
h_eval₂_qpp' : ((aeval f) q * (aeval f) (p * p')) v = 0
h_eval₂_pqq' : ((aeval f) p * (aeval f) (q * q')) v = 0
⊢ ((aeval f) (p' * p)) v + ((aeval f) (q' * q)) v = v
state_after: no goals
tactic: simpa only [map_add, map_mul, aeval_one] using congr_arg (fun p : R[X] => aeval f p v) hpq'