Theorem: LinearMap.trace_eq_zero_of_mapsTo_ne
File: Mathlib/Algebra/DirectSum/LinearMap.lean

Proof steps:
state_before: ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
N : ι → Submodule R M
inst✝³ : DecidableEq ι
h : IsInternal N
inst✝² : ∀ (i : ι), Module.Finite R ↥(N i)
inst✝¹ : ∀ (i : ι), Module.Free R ↥(N i)
inst✝ : IsNoetherian R M
σ : ι → ι
hσ : ∀ (i : ι), σ i ≠ i
f : Module.End R M
hf : ∀ (i : ι), MapsTo ⇑f ↑(N i) ↑(N (σ i))
⊢ (trace R M) f = 0
state_after: ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
N : ι → Submodule R M
inst✝³ : DecidableEq ι
h : IsInternal N
inst✝² : ∀ (i : ι), Module.Finite R ↥(N i)
inst✝¹ : ∀ (i : ι), Module.Free R ↥(N i)
inst✝ : IsNoetherian R M
σ : ι → ι
hσ : ∀ (i : ι), σ i ≠ i
f : Module.End R M
hf : ∀ (i : ι), MapsTo ⇑f ↑(N i) ↑(N (σ i))
hN : {i | N i ≠ ⊥}.Finite
⊢ (trace R M) f = 0
tactic: have hN : {i | N i ≠ ⊥}.Finite := CompleteLattice.WellFounded.finite_ne_bot_of_independent
    (wellFounded_submodule_gt R M) h.submodule_independent
state_before: ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
N : ι → Submodule R M
inst✝³ : DecidableEq ι
h : IsInternal N
inst✝² : ∀ (i : ι), Module.Finite R ↥(N i)
inst✝¹ : ∀ (i : ι), Module.Free R ↥(N i)
inst✝ : IsNoetherian R M
σ : ι → ι
hσ : ∀ (i : ι), σ i ≠ i
f : Module.End R M
hf : ∀ (i : ι), MapsTo ⇑f ↑(N i) ↑(N (σ i))
hN : {i | N i ≠ ⊥}.Finite
⊢ (trace R M) f = 0
state_after: ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
N : ι → Submodule R M
inst✝³ : DecidableEq ι
h : IsInternal N
inst✝² : ∀ (i : ι), Module.Finite R ↥(N i)
inst✝¹ : ∀ (i : ι), Module.Free R ↥(N i)
inst✝ : IsNoetherian R M
σ : ι → ι
hσ : ∀ (i : ι), σ i ≠ i
f : Module.End R M
hf : ∀ (i : ι), MapsTo ⇑f ↑(N i) ↑(N (σ i))
hN : {i | N i ≠ ⊥}.Finite
s : Finset ι := hN.toFinset
⊢ (trace R M) f = 0
tactic: let s := hN.toFinset
state_before: ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
N : ι → Submodule R M
inst✝³ : DecidableEq ι
h : IsInternal N
inst✝² : ∀ (i : ι), Module.Finite R ↥(N i)
inst✝¹ : ∀ (i : ι), Module.Free R ↥(N i)
inst✝ : IsNoetherian R M
σ : ι → ι
hσ : ∀ (i : ι), σ i ≠ i
f : Module.End R M
hf : ∀ (i : ι), MapsTo ⇑f ↑(N i) ↑(N (σ i))
hN : {i | N i ≠ ⊥}.Finite
s : Finset ι := hN.toFinset
⊢ (trace R M) f = 0
state_after: ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
N : ι → Submodule R M
inst✝³ : DecidableEq ι
h : IsInternal N
inst✝² : ∀ (i : ι), Module.Finite R ↥(N i)
inst✝¹ : ∀ (i : ι), Module.Free R ↥(N i)
inst✝ : IsNoetherian R M
σ : ι → ι
hσ : ∀ (i : ι), σ i ≠ i
f : Module.End R M
hf : ∀ (i : ι), MapsTo ⇑f ↑(N i) ↑(N (σ i))
hN : {i | N i ≠ ⊥}.Finite
s : Finset ι := hN.toFinset
κ : ι → Type u_3 := fun i => Module.Free.ChooseBasisIndex R ↥(N i)
⊢ (trace R M) f = 0
tactic: let κ := fun i ↦ Module.Free.ChooseBasisIndex R (N i)
state_before: ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
N : ι → Submodule R M
inst✝³ : DecidableEq ι
h : IsInternal N
inst✝² : ∀ (i : ι), Module.Finite R ↥(N i)
inst✝¹ : ∀ (i : ι), Module.Free R ↥(N i)
inst✝ : IsNoetherian R M
σ : ι → ι
hσ : ∀ (i : ι), σ i ≠ i
f : Module.End R M
hf : ∀ (i : ι), MapsTo ⇑f ↑(N i) ↑(N (σ i))
hN : {i | N i ≠ ⊥}.Finite
s : Finset ι := hN.toFinset
κ : ι → Type u_3 := fun i => Module.Free.ChooseBasisIndex R ↥(N i)
⊢ (trace R M) f = 0
state_after: ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
N : ι → Submodule R M
inst✝³ : DecidableEq ι
h : IsInternal N
inst✝² : ∀ (i : ι), Module.Finite R ↥(N i)
inst✝¹ : ∀ (i : ι), Module.Free R ↥(N i)
inst✝ : IsNoetherian R M
σ : ι → ι
hσ : ∀ (i : ι), σ i ≠ i
f : Module.End R M
hf : ∀ (i : ι), MapsTo ⇑f ↑(N i) ↑(N (σ i))
hN : {i | N i ≠ ⊥}.Finite
s : Finset ι := hN.toFinset
κ : ι → Type u_3 := fun i => Module.Free.ChooseBasisIndex R ↥(N i)
b : (i : { x // x ∈ s }) → Basis (κ ↑i) R ↥(N ↑i) := fun i => Module.Free.chooseBasis R ↥(N ↑i)
⊢ (trace R M) f = 0
tactic: let b : (i : s) → Basis (κ i) R (N i) := fun i ↦ Module.Free.chooseBasis R (N i)
state_before: ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
N : ι → Submodule R M
inst✝³ : DecidableEq ι
h : IsInternal N
inst✝² : ∀ (i : ι), Module.Finite R ↥(N i)
inst✝¹ : ∀ (i : ι), Module.Free R ↥(N i)
inst✝ : IsNoetherian R M
σ : ι → ι
hσ : ∀ (i : ι), σ i ≠ i
f : Module.End R M
hf : ∀ (i : ι), MapsTo ⇑f ↑(N i) ↑(N (σ i))
hN : {i | N i ≠ ⊥}.Finite
s : Finset ι := hN.toFinset
κ : ι → Type u_3 := fun i => Module.Free.ChooseBasisIndex R ↥(N i)
b : (i : { x // x ∈ s }) → Basis (κ ↑i) R ↥(N ↑i) := fun i => Module.Free.chooseBasis R ↥(N ↑i)
⊢ (trace R M) f = 0
state_after: ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
N : ι → Submodule R M
inst✝³ : DecidableEq ι
inst✝² : ∀ (i : ι), Module.Finite R ↥(N i)
inst✝¹ : ∀ (i : ι), Module.Free R ↥(N i)
inst✝ : IsNoetherian R M
σ : ι → ι
hσ : ∀ (i : ι), σ i ≠ i
f : Module.End R M
hf : ∀ (i : ι), MapsTo ⇑f ↑(N i) ↑(N (σ i))
hN : {i | N i ≠ ⊥}.Finite
s : Finset ι := hN.toFinset
κ : ι → Type u_3 := fun i => Module.Free.ChooseBasisIndex R ↥(N i)
b : (i : { x // x ∈ s }) → Basis (κ ↑i) R ↥(N ↑i) := fun i => Module.Free.chooseBasis R ↥(N ↑i)
h : IsInternal fun i => N ↑i
⊢ (trace R M) f = 0
tactic: replace h : IsInternal fun i : s ↦ N i := by
    convert DirectSum.isInternal_ne_bot_iff.mpr h <;> simp [s]
state_before: ι : Type u_1
R : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
N : ι → Submodule R M
inst✝³ : DecidableEq ι
inst✝² : ∀ (i : ι), Module.Finite R ↥(N i)
inst✝¹ : ∀ (i : ι), Module.Free R ↥(N i)
inst✝ : IsNoetherian R M
σ : ι → ι
hσ : ∀ (i : ι), σ i ≠ i
f : Module.End R M
hf : ∀ (i : ι), MapsTo ⇑f ↑(N i) ↑(N (σ i))
hN : {i | N i ≠ ⊥}.Finite
s : Finset ι := hN.toFinset
κ : ι → Type u_3 := fun i => Module.Free.ChooseBasisIndex R ↥(N i)
b : (i : { x // x ∈ s }) → Basis (κ ↑i) R ↥(N ↑i) := fun i => Module.Free.chooseBasis R ↥(N ↑i)
h : IsInternal fun i => N ↑i
⊢ (trace R M) f = 0
state_after: no goals
tactic: simp_rw [trace_eq_matrix_trace R (h.collectedBasis b), Matrix.trace,
    diag_toMatrix_directSum_collectedBasis_eq_zero_of_mapsTo_ne h b σ hσ hf (by simp [s]),
    Pi.zero_apply, Finset.sum_const_zero]