Theorem: LieSubalgebra.normalizer_engel
File: Mathlib/Algebra/Lie/EngelSubalgebra.lean

Proof steps:
state_before: R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x : L
⊢ (engel R x).normalizer = engel R x
state_after: R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x : L
⊢ (engel R x).normalizer ≤ engel R x
tactic: apply le_antisymm _ (le_normalizer _)
state_before: R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x : L
⊢ (engel R x).normalizer ≤ engel R x
state_after: R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
hy : y ∈ (engel R x).normalizer
⊢ y ∈ engel R x
tactic: intro y hy
state_before: R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
hy : y ∈ (engel R x).normalizer
⊢ y ∈ engel R x
state_after: R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
hy : ∀ y_1 ∈ engel R x, ⁅y, y_1⁆ ∈ engel R x
⊢ y ∈ engel R x
tactic: rw [mem_normalizer_iff] at hy
state_before: R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
hy : ∀ y_1 ∈ engel R x, ⁅y, y_1⁆ ∈ engel R x
⊢ y ∈ engel R x
state_after: R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
hy : ⁅y, x⁆ ∈ engel R x
⊢ y ∈ engel R x
tactic: specialize hy x (self_mem_engel R x)
state_before: R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
hy : ⁅y, x⁆ ∈ engel R x
⊢ y ∈ engel R x
state_after: R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
hy : ∃ n, ((ad R L) x ^ n) ⁅x, y⁆ = 0
⊢ y ∈ engel R x
tactic: rw [← lie_skew, neg_mem_iff (G := L), mem_engel_iff] at hy
state_before: R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
hy : ∃ n, ((ad R L) x ^ n) ⁅x, y⁆ = 0
⊢ y ∈ engel R x
state_after: case intro
R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
n : ℕ
hn : ((ad R L) x ^ n) ⁅x, y⁆ = 0
⊢ y ∈ engel R x
tactic: rcases hy with ⟨n, hn⟩
state_before: case intro
R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
n : ℕ
hn : ((ad R L) x ^ n) ⁅x, y⁆ = 0
⊢ y ∈ engel R x
state_after: case intro
R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
n : ℕ
hn : ((ad R L) x ^ n) ⁅x, y⁆ = 0
⊢ ∃ n, ((ad R L) x ^ n) y = 0
tactic: rw [mem_engel_iff]
state_before: case intro
R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
n : ℕ
hn : ((ad R L) x ^ n) ⁅x, y⁆ = 0
⊢ ∃ n, ((ad R L) x ^ n) y = 0
state_after: case h
R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
n : ℕ
hn : ((ad R L) x ^ n) ⁅x, y⁆ = 0
⊢ ((ad R L) x ^ (n + 1)) y = 0
tactic: use n+1
state_before: case h
R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
n : ℕ
hn : ((ad R L) x ^ n) ⁅x, y⁆ = 0
⊢ ((ad R L) x ^ (n + 1)) y = 0
state_after: case h
R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
n : ℕ
hn : ((ad R L) x ^ n) ⁅x, y⁆ = 0
⊢ ((ad R L) x ^ n) (((ad R L) x) y) = 0
tactic: rw [pow_succ, LinearMap.mul_apply]
state_before: case h
R : Type u_1
L : Type u_2
M : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : LieRing L
inst✝⁴ : LieAlgebra R L
inst✝³ : AddCommGroup M
inst✝² : Module R M
inst✝¹ : LieRingModule L M
inst✝ : LieModule R L M
x y : L
n : ℕ
hn : ((ad R L) x ^ n) ⁅x, y⁆ = 0
⊢ ((ad R L) x ^ n) (((ad R L) x) y) = 0
state_after: no goals
tactic: exact hn