Theorem: LieModule.iterate_toEnd_mem_lowerCentralSeries₂
File: Mathlib/Algebra/Lie/Nilpotent.lean

Proof steps:
state_before: R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : LieRing L
inst✝⁸ : LieAlgebra R L
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
inst✝⁵ : LieRingModule L M
inst✝⁴ : LieModule R L M
k✝ : ℕ
N : LieSubmodule R L M
M₂ : Type w₁
inst✝³ : AddCommGroup M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
x y : L
m : M
k : ℕ
⊢ (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * k)
state_after: case zero
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : LieRing L
inst✝⁸ : LieAlgebra R L
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
inst✝⁵ : LieRingModule L M
inst✝⁴ : LieModule R L M
k : ℕ
N : LieSubmodule R L M
M₂ : Type w₁
inst✝³ : AddCommGroup M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
x y : L
m : M
⊢ (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[0] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * 0)

case succ
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : LieRing L
inst✝⁸ : LieAlgebra R L
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
inst✝⁵ : LieRingModule L M
inst✝⁴ : LieModule R L M
k✝ : ℕ
N : LieSubmodule R L M
M₂ : Type w₁
inst✝³ : AddCommGroup M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
x y : L
m : M
k : ℕ
ih : (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * k)
⊢ (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k + 1] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * (k + 1))
tactic: induction' k with k ih
state_before: case succ
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : LieRing L
inst✝⁸ : LieAlgebra R L
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
inst✝⁵ : LieRingModule L M
inst✝⁴ : LieModule R L M
k✝ : ℕ
N : LieSubmodule R L M
M₂ : Type w₁
inst✝³ : AddCommGroup M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
x y : L
m : M
k : ℕ
ih : (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * k)
⊢ (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k + 1] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * (k + 1))
state_after: case succ
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : LieRing L
inst✝⁸ : LieAlgebra R L
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
inst✝⁵ : LieRingModule L M
inst✝⁴ : LieModule R L M
k✝ : ℕ
N : LieSubmodule R L M
M₂ : Type w₁
inst✝³ : AddCommGroup M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
x y : L
m : M
k : ℕ
ih : (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * k)
hk : 2 * k.succ = 2 * k + 1 + 1
⊢ (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k + 1] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * (k + 1))
tactic: have hk : 2 * k.succ = (2 * k + 1) + 1 := rfl
state_before: case succ
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : LieRing L
inst✝⁸ : LieAlgebra R L
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
inst✝⁵ : LieRingModule L M
inst✝⁴ : LieModule R L M
k✝ : ℕ
N : LieSubmodule R L M
M₂ : Type w₁
inst✝³ : AddCommGroup M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
x y : L
m : M
k : ℕ
ih : (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * k)
hk : 2 * k.succ = 2 * k + 1 + 1
⊢ (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k + 1] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * (k + 1))
state_after: case succ
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : LieRing L
inst✝⁸ : LieAlgebra R L
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
inst✝⁵ : LieRingModule L M
inst✝⁴ : LieModule R L M
k✝ : ℕ
N : LieSubmodule R L M
M₂ : Type w₁
inst✝³ : AddCommGroup M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
x y : L
m : M
k : ℕ
ih : (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * k)
hk : 2 * k.succ = 2 * k + 1 + 1
⊢ ⁅x, ⁅y, (⇑((toEnd R L M) x) ∘ ⇑((toEnd R L M) y))^[k] m⁆⁆ ∈ ⁅⊤, ⁅⊤, lowerCentralSeries R L M (2 * k)⁆⁆
tactic: simp only [lowerCentralSeries_succ, Function.comp_apply, Function.iterate_succ', hk,
      toEnd_apply_apply, LinearMap.coe_comp, toEnd_apply_apply]
state_before: case succ
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : LieRing L
inst✝⁸ : LieAlgebra R L
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
inst✝⁵ : LieRingModule L M
inst✝⁴ : LieModule R L M
k✝ : ℕ
N : LieSubmodule R L M
M₂ : Type w₁
inst✝³ : AddCommGroup M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
x y : L
m : M
k : ℕ
ih : (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * k)
hk : 2 * k.succ = 2 * k + 1 + 1
⊢ ⁅x, ⁅y, (⇑((toEnd R L M) x) ∘ ⇑((toEnd R L M) y))^[k] m⁆⁆ ∈ ⁅⊤, ⁅⊤, lowerCentralSeries R L M (2 * k)⁆⁆
state_after: case succ
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : LieRing L
inst✝⁸ : LieAlgebra R L
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
inst✝⁵ : LieRingModule L M
inst✝⁴ : LieModule R L M
k✝ : ℕ
N : LieSubmodule R L M
M₂ : Type w₁
inst✝³ : AddCommGroup M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
x y : L
m : M
k : ℕ
ih : (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * k)
hk : 2 * k.succ = 2 * k + 1 + 1
⊢ ⁅y, (⇑((toEnd R L M) x) ∘ ⇑((toEnd R L M) y))^[k] m⁆ ∈ ⁅⊤, lowerCentralSeries R L M (2 * k)⁆
tactic: refine LieSubmodule.lie_mem_lie (LieSubmodule.mem_top x) ?_
state_before: case succ
R : Type u
L : Type v
M : Type w
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : LieRing L
inst✝⁸ : LieAlgebra R L
inst✝⁷ : AddCommGroup M
inst✝⁶ : Module R M
inst✝⁵ : LieRingModule L M
inst✝⁴ : LieModule R L M
k✝ : ℕ
N : LieSubmodule R L M
M₂ : Type w₁
inst✝³ : AddCommGroup M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
x y : L
m : M
k : ℕ
ih : (⇑((toEnd R L M) x ∘ₗ (toEnd R L M) y))^[k] m ∈ lowerCentralSeries R L M (2 * k)
hk : 2 * k.succ = 2 * k + 1 + 1
⊢ ⁅y, (⇑((toEnd R L M) x) ∘ ⇑((toEnd R L M) y))^[k] m⁆ ∈ ⁅⊤, lowerCentralSeries R L M (2 * k)⁆
state_after: no goals
tactic: exact LieSubmodule.lie_mem_lie (LieSubmodule.mem_top y) ih