Theorem: Ideal.pow_multiset_sum_mem_span_pow
File: Mathlib/RingTheory/Ideal/Basic.lean

Proof steps:
state_before: α : Type u
β : Type v
a b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
s : Multiset α
n : ℕ
⊢ s.sum ^ (Multiset.card s * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset
state_after: case empty
α : Type u
β : Type v
a b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
n : ℕ
⊢ Multiset.sum 0 ^ (Multiset.card 0 * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) 0).toFinset

case cons
α : Type u
β : Type v
a✝ b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
n : ℕ
a : α
s : Multiset α
hs : s.sum ^ (Multiset.card s * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset
⊢ (a ::ₘ s).sum ^ (Multiset.card (a ::ₘ s) * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) (a ::ₘ s)).toFinset
tactic: induction' s using Multiset.induction_on with a s hs
state_before: case cons
α : Type u
β : Type v
a✝ b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
n : ℕ
a : α
s : Multiset α
hs : s.sum ^ (Multiset.card s * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset
⊢ (a ::ₘ s).sum ^ (Multiset.card (a ::ₘ s) * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) (a ::ₘ s)).toFinset
state_after: case cons
α : Type u
β : Type v
a✝ b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
n : ℕ
a : α
s : Multiset α
hs : s.sum ^ (Multiset.card s * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset
⊢ ∑ m ∈ Finset.range ((Multiset.card s + 1) * n + 1 + 1),
      a ^ m * s.sum ^ ((Multiset.card s + 1) * n + 1 - m) * ↑(((Multiset.card s + 1) * n + 1).choose m) ∈
    span (insert (a ^ (n + 1)) ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset)
tactic: simp only [Finset.coe_insert, Multiset.map_cons, Multiset.toFinset_cons, Multiset.sum_cons,
    Multiset.card_cons, add_pow]
state_before: case cons
α : Type u
β : Type v
a✝ b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
n : ℕ
a : α
s : Multiset α
hs : s.sum ^ (Multiset.card s * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset
⊢ ∑ m ∈ Finset.range ((Multiset.card s + 1) * n + 1 + 1),
      a ^ m * s.sum ^ ((Multiset.card s + 1) * n + 1 - m) * ↑(((Multiset.card s + 1) * n + 1).choose m) ∈
    span (insert (a ^ (n + 1)) ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset)
state_after: case cons
α : Type u
β : Type v
a✝ b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
n : ℕ
a : α
s : Multiset α
hs : s.sum ^ (Multiset.card s * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset
⊢ ∀ c ∈ Finset.range ((Multiset.card s + 1) * n + 1 + 1),
    a ^ c * s.sum ^ ((Multiset.card s + 1) * n + 1 - c) * ↑(((Multiset.card s + 1) * n + 1).choose c) ∈
      span (insert (a ^ (n + 1)) ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset)
tactic: refine Submodule.sum_mem _ ?_
state_before: case cons
α : Type u
β : Type v
a✝ b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
n : ℕ
a : α
s : Multiset α
hs : s.sum ^ (Multiset.card s * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset
⊢ ∀ c ∈ Finset.range ((Multiset.card s + 1) * n + 1 + 1),
    a ^ c * s.sum ^ ((Multiset.card s + 1) * n + 1 - c) * ↑(((Multiset.card s + 1) * n + 1).choose c) ∈
      span (insert (a ^ (n + 1)) ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset)
state_after: case cons
α : Type u
β : Type v
a✝ b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
n : ℕ
a : α
s : Multiset α
hs : s.sum ^ (Multiset.card s * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset
c : ℕ
_hc : c ∈ Finset.range ((Multiset.card s + 1) * n + 1 + 1)
⊢ a ^ c * s.sum ^ ((Multiset.card s + 1) * n + 1 - c) * ↑(((Multiset.card s + 1) * n + 1).choose c) ∈
    span (insert (a ^ (n + 1)) ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset)
tactic: intro c _hc
state_before: case cons
α : Type u
β : Type v
a✝ b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
n : ℕ
a : α
s : Multiset α
hs : s.sum ^ (Multiset.card s * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset
c : ℕ
_hc : c ∈ Finset.range ((Multiset.card s + 1) * n + 1 + 1)
⊢ a ^ c * s.sum ^ ((Multiset.card s + 1) * n + 1 - c) * ↑(((Multiset.card s + 1) * n + 1).choose c) ∈
    span (insert (a ^ (n + 1)) ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset)
state_after: case cons
α : Type u
β : Type v
a✝ b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
n : ℕ
a : α
s : Multiset α
hs : s.sum ^ (Multiset.card s * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset
c : ℕ
_hc : c ∈ Finset.range ((Multiset.card s + 1) * n + 1 + 1)
⊢ ∃ a_1,
    ∃ z ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset,
      a ^ c * s.sum ^ ((Multiset.card s + 1) * n + 1 - c) * ↑(((Multiset.card s + 1) * n + 1).choose c) =
        a_1 * a ^ (n + 1) + z
tactic: rw [mem_span_insert]
state_before: case cons
α : Type u
β : Type v
a✝ b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
n : ℕ
a : α
s : Multiset α
hs : s.sum ^ (Multiset.card s * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset
c : ℕ
_hc : c ∈ Finset.range ((Multiset.card s + 1) * n + 1 + 1)
⊢ ∃ a_1,
    ∃ z ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset,
      a ^ c * s.sum ^ ((Multiset.card s + 1) * n + 1 - c) * ↑(((Multiset.card s + 1) * n + 1).choose c) =
        a_1 * a ^ (n + 1) + z
state_after: case pos
α : Type u
β : Type v
a✝ b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
n : ℕ
a : α
s : Multiset α
hs : s.sum ^ (Multiset.card s * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset
c : ℕ
_hc : c ∈ Finset.range ((Multiset.card s + 1) * n + 1 + 1)
h : n + 1 ≤ c
⊢ ∃ a_1,
    ∃ z ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset,
      a ^ c * s.sum ^ ((Multiset.card s + 1) * n + 1 - c) * ↑(((Multiset.card s + 1) * n + 1).choose c) =
        a_1 * a ^ (n + 1) + z

case neg
α : Type u
β : Type v
a✝ b : α
inst✝¹ : CommSemiring α
I : Ideal α
inst✝ : DecidableEq α
n : ℕ
a : α
s : Multiset α
hs : s.sum ^ (Multiset.card s * n + 1) ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset
c : ℕ
_hc : c ∈ Finset.range ((Multiset.card s + 1) * n + 1 + 1)
h : ¬n + 1 ≤ c
⊢ ∃ a_1,
    ∃ z ∈ span ↑(Multiset.map (fun x => x ^ (n + 1)) s).toFinset,
      a ^ c * s.sum ^ ((Multiset.card s + 1) * n + 1 - c) * ↑(((Multiset.card s + 1) * n + 1).choose c) =
        a_1 * a ^ (n + 1) + z
tactic: by_cases h : n + 1 ≤ c