Theorem: LieSubalgebra.lie_mem_sup_of_mem_normalizer
File: Mathlib/Algebra/Lie/Normalizer.lean

tactic: rw [Submodule.mem_sup] at hy hz
state_before: R : Type u_2
L : Type u_1
M : Type ?u.47924
M' : Type ?u.47927
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
inst✝³ : AddCommGroup M'
inst✝² : Module R M'
inst✝¹ : LieRingModule L M'
inst✝ : LieModule R L M'
H : LieSubalgebra R L
x y z : L
hx : x ∈ normalizer H
hy : y ∈ Submodule.span R {x} ⊔ H.toSubmodule
hz : z ∈ Submodule.span R {x} ⊔ H.toSubmodule
⊢ ⁅y, z⁆ ∈ Submodule.span R {x} ⊔ H.toSubmodule

tactic: obtain ⟨u₁, hu₁, v, hv : v ∈ H, rfl⟩ := hy
state_before: R : Type u_2
L : Type u_1
M : Type ?u.47924
M' : Type ?u.47927
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
inst✝³ : AddCommGroup M'
inst✝² : Module R M'
inst✝¹ : LieRingModule L M'
inst✝ : LieModule R L M'
H : LieSubalgebra R L
x y z : L
hx : x ∈ normalizer H
hy : ∃ y_1, y_1 ∈ Submodule.span R {x} ∧ ∃ z, z ∈ H.toSubmodule ∧ y_1 + z = y
hz : ∃ y, y ∈ Submodule.span R {x} ∧ ∃ z_1, z_1 ∈ H.toSubmodule ∧ y + z_1 = z
⊢ ⁅y, z⁆ ∈ Submodule.span R {x} ⊔ H.toSubmodule

tactic: obtain ⟨u₂, hu₂, w, hw : w ∈ H, rfl⟩ := hz
state_before: case intro.intro.intro.intro
R : Type u_2
L : Type u_1
M : Type ?u.47924
M' : Type ?u.47927
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
inst✝³ : AddCommGroup M'
inst✝² : Module R M'
inst✝¹ : LieRingModule L M'
inst✝ : LieModule R L M'
H : LieSubalgebra R L
x z : L
hx : x ∈ normalizer H
hz : ∃ y, y ∈ Submodule.span R {x} ∧ ∃ z_1, z_1 ∈ H.toSubmodule ∧ y + z_1 = z
u₁ : L
hu₁ : u₁ ∈ Submodule.span R {x}
v : L
hv : v ∈ H
⊢ ⁅u₁ + v, z⁆ ∈ Submodule.span R {x} ⊔ H.toSubmodule

tactic: obtain ⟨t, rfl⟩ := Submodule.mem_span_singleton.mp hu₁
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_2
L : Type u_1
M : Type ?u.47924
M' : Type ?u.47927
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
inst✝³ : AddCommGroup M'
inst✝² : Module R M'
inst✝¹ : LieRingModule L M'
inst✝ : LieModule R L M'
H : LieSubalgebra R L
x : L
hx : x ∈ normalizer H
u₁ : L
hu₁ : u₁ ∈ Submodule.span R {x}
v : L
hv : v ∈ H
u₂ : L
hu₂ : u₂ ∈ Submodule.span R {x}
w : L
hw : w ∈ H
⊢ ⁅u₁ + v, u₂ + w⁆ ∈ Submodule.span R {x} ⊔ H.toSubmodule

tactic: obtain ⟨s, rfl⟩ := Submodule.mem_span_singleton.mp hu₂
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_2
L : Type u_1
M : Type ?u.47924
M' : Type ?u.47927
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
inst✝³ : AddCommGroup M'
inst✝² : Module R M'
inst✝¹ : LieRingModule L M'
inst✝ : LieModule R L M'
H : LieSubalgebra R L
x : L
hx : x ∈ normalizer H
v : L
hv : v ∈ H
u₂ : L
hu₂ : u₂ ∈ Submodule.span R {x}
w : L
hw : w ∈ H
t : R
hu₁ : t • x ∈ Submodule.span R {x}
⊢ ⁅t • x + v, u₂ + w⁆ ∈ Submodule.span R {x} ⊔ H.toSubmodule

tactic: apply Submodule.mem_sup_right
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
R : Type u_2
L : Type u_1
M : Type ?u.47924
M' : Type ?u.47927
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
inst✝³ : AddCommGroup M'
inst✝² : Module R M'
inst✝¹ : LieRingModule L M'
inst✝ : LieModule R L M'
H : LieSubalgebra R L
x : L
hx : x ∈ normalizer H
v : L
hv : v ∈ H
w : L
hw : w ∈ H
t : R
hu₁ : t • x ∈ Submodule.span R {x}
s : R
hu₂ : s • x ∈ Submodule.span R {x}
⊢ ⁅t • x + v, s • x + w⁆ ∈ Submodule.span R {x} ⊔ H.toSubmodule

tactic: simp only [LieSubalgebra.mem_coe_submodule, smul_lie, add_lie, zero_add, lie_add, smul_zero,
  lie_smul, lie_self]
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.a
R : Type u_2
L : Type u_1
M : Type ?u.47924
M' : Type ?u.47927
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
inst✝³ : AddCommGroup M'
inst✝² : Module R M'
inst✝¹ : LieRingModule L M'
inst✝ : LieModule R L M'
H : LieSubalgebra R L
x : L
hx : x ∈ normalizer H
v : L
hv : v ∈ H
w : L
hw : w ∈ H
t : R
hu₁ : t • x ∈ Submodule.span R {x}
s : R
hu₂ : s • x ∈ Submodule.span R {x}
⊢ ⁅t • x + v, s • x + w⁆ ∈ H.toSubmodule

tactic: refine' H.add_mem (H.smul_mem s _) (H.add_mem (H.smul_mem t _) (H.lie_mem hv hw))
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.a
R : Type u_2
L : Type u_1
M : Type ?u.47924
M' : Type ?u.47927
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
inst✝³ : AddCommGroup M'
inst✝² : Module R M'
inst✝¹ : LieRingModule L M'
inst✝ : LieModule R L M'
H : LieSubalgebra R L
x : L
hx : x ∈ normalizer H
v : L
hv : v ∈ H
w : L
hw : w ∈ H
t : R
hu₁ : t • x ∈ Submodule.span R {x}
s : R
hu₂ : s • x ∈ Submodule.span R {x}
⊢ s • ⁅v, x⁆ + (t • ⁅x, w⁆ + ⁅v, w⁆) ∈ H

tactic: exacts [(H.mem_normalizer_iff' x).mp hx v hv, (H.mem_normalizer_iff x).mp hx w hw]
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.a.refine'_1
R : Type u_2
L : Type u_1
M : Type ?u.47924
M' : Type ?u.47927
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
inst✝³ : AddCommGroup M'
inst✝² : Module R M'
inst✝¹ : LieRingModule L M'
inst✝ : LieModule R L M'
H : LieSubalgebra R L
x : L
hx : x ∈ normalizer H
v : L
hv : v ∈ H
w : L
hw : w ∈ H
t : R
hu₁ : t • x ∈ Submodule.span R {x}
s : R
hu₂ : s • x ∈ Submodule.span R {x}
⊢ ⁅v, x⁆ ∈ H

case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.a.refine'_2
R : Type u_2
L : Type u_1
M : Type ?u.47924
M' : Type ?u.47927
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
inst✝³ : AddCommGroup M'
inst✝² : Module R M'
inst✝¹ : LieRingModule L M'
inst✝ : LieModule R L M'
H : LieSubalgebra R L
x : L
hx : x ∈ normalizer H
v : L
hv : v ∈ H
w : L
hw : w ∈ H
t : R
hu₁ : t • x ∈ Submodule.span R {x}
s : R
hu₂ : s • x ∈ Submodule.span R {x}
⊢ ⁅x, w⁆ ∈ H