Theorem: LieAlgebra.mem_corootSpace
File: Mathlib/Algebra/Lie/Weights/Cartan.lean

Proof steps:
state_before: R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁹ : CommRing R
inst✝⁸ : LieRing L
inst✝⁷ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝⁶ : IsNilpotent R ↥H
M : Type u_3
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
inst✝³ : LieRingModule L M
inst✝² : LieModule R L M
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
⊢ x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ rootSpace H α, ∃ z ∈ rootSpace H (-α), ⁅y, z⁆ = x}
state_after: R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁹ : CommRing R
inst✝⁸ : LieRing L
inst✝⁷ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝⁶ : IsNilpotent R ↥H
M : Type u_3
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
inst✝³ : LieRingModule L M
inst✝² : LieModule R L M
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
this : x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α)
⊢ x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ rootSpace H α, ∃ z ∈ rootSpace H (-α), ⁅y, z⁆ = x}
tactic: have : x ∈ corootSpace α ↔
      (x : L) ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α) := by
    rw [corootSpace]
    simpa using exists_congr fun _ ↦ H.toLieSubmodule.injective_incl.eq_iff.symm
state_before: R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁹ : CommRing R
inst✝⁸ : LieRing L
inst✝⁷ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝⁶ : IsNilpotent R ↥H
M : Type u_3
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
inst✝³ : LieRingModule L M
inst✝² : LieModule R L M
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
this : x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α)
⊢ x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ rootSpace H α, ∃ z ∈ rootSpace H (-α), ⁅y, z⁆ = x}
state_after: R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁹ : CommRing R
inst✝⁸ : LieRing L
inst✝⁷ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝⁶ : IsNilpotent R ↥H
M : Type u_3
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
inst✝³ : LieRingModule L M
inst✝² : LieModule R L M
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
this : x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α)
⊢ ↑x ∈
      Submodule.span R
        {x |
          ∃ a b,
            ↑H.toLieSubmodule.incl
                (↑(LieModuleHom.codRestrict H.toLieSubmodule
                      ((rootSpace H 0).incl.comp (rootSpaceProduct R L H α (-α) 0 ⋯)) ⋯)
                  (a ⊗ₜ[R] b)) =
              x} ↔
    ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ ↑(rootSpace H α), ∃ z ∈ ↑(rootSpace H (-α)), ⁅y, z⁆ = x}
tactic: simp_rw [this, corootSpace, ← LieModuleHom.map_top, ← LieSubmodule.mem_coeSubmodule,
    LieSubmodule.coeSubmodule_map, LieSubmodule.top_coeSubmodule, ← TensorProduct.span_tmul_eq_top,
    LinearMap.map_span, Set.image, Set.mem_setOf_eq, exists_exists_exists_and_eq]
state_before: R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁹ : CommRing R
inst✝⁸ : LieRing L
inst✝⁷ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝⁶ : IsNilpotent R ↥H
M : Type u_3
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
inst✝³ : LieRingModule L M
inst✝² : LieModule R L M
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
this : x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α)
⊢ ↑x ∈
      Submodule.span R
        {x |
          ∃ a b,
            ↑H.toLieSubmodule.incl
                (↑(LieModuleHom.codRestrict H.toLieSubmodule
                      ((rootSpace H 0).incl.comp (rootSpaceProduct R L H α (-α) 0 ⋯)) ⋯)
                  (a ⊗ₜ[R] b)) =
              x} ↔
    ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ ↑(rootSpace H α), ∃ z ∈ ↑(rootSpace H (-α)), ⁅y, z⁆ = x}
state_after: R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁹ : CommRing R
inst✝⁸ : LieRing L
inst✝⁷ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝⁶ : IsNilpotent R ↥H
M : Type u_3
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
inst✝³ : LieRingModule L M
inst✝² : LieModule R L M
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
this : x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α)
⊢ ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ a b, ⁅↑a, ↑b⁆ = x} ↔
    ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ ↑(rootSpace H α), ∃ z ∈ ↑(rootSpace H (-α)), ⁅y, z⁆ = x}
tactic: change (x : L) ∈ Submodule.span R
    {x | ∃ (a : rootSpace H α) (b : rootSpace H (-α)), ⁅(a : L), (b : L)⁆ = x} ↔ _
state_before: R : Type u_1
L : Type u_2
inst✝⁹ : CommRing R
inst✝⁸ : LieRing L
inst✝⁷ : LieAlgebra R L
H : LieSubalgebra R L
inst✝⁶ : IsNilpotent R ↥H
M : Type u_3
inst✝⁵ : AddCommGroup M
inst✝⁴ : Module R M
inst✝³ : LieRingModule L M
inst✝² : LieModule R L M
inst✝¹ : H.IsCartanSubalgebra
inst✝ : IsNoetherian R L
α : ↥H → R
x : ↥H
this : x ∈ corootSpace α ↔ ↑x ∈ LieSubmodule.map H.toLieSubmodule.incl (corootSpace α)
⊢ ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ a b, ⁅↑a, ↑b⁆ = x} ↔
    ↑x ∈ Submodule.span R {x | ∃ y ∈ ↑(rootSpace H α), ∃ z ∈ ↑(rootSpace H (-α)), ⁅y, z⁆ = x}
state_after: no goals
tactic: simp