Theorem: LieSubmodule.lieIdeal_oper_eq_linear_span
File: Mathlib/Algebra/Lie/IdealOperations.lean

tactic: apply le_antisymm
state_before: R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
⊢ ↑⁅I, N⁆ = Submodule.span R {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}

tactic: let s := { m : M | ∃ (x : ↥I) (n : ↥N), ⁅(x : L), (n : M)⁆ = m }
state_before: case a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
⊢ ↑⁅I, N⁆ ≤ Submodule.span R {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}

tactic: change _ ≤ ({ Submodule.span R s with lie_mem := fun hm' => aux _ _ hm' } : LieSubmodule R L M)
state_before: case a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
aux : ∀ (y : L) (m' : M), m' ∈ Submodule.span R s → ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s
⊢ ↑⁅I, N⁆ ≤ Submodule.span R {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}

tactic: rw [lieIdeal_oper_eq_span, lieSpan_le]
state_before: case a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
aux : ∀ (y : L) (m' : M), m' ∈ Submodule.span R s → ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s
⊢ ⁅I, N⁆ ≤
    let src := Submodule.span R s;
    {
      toSubmodule :=
        { toAddSubmonoid := src.toAddSubmonoid,
          smul_mem' := (_ : ∀ (c : R) {x : M}, x ∈ src.carrier → c • x ∈ src.carrier) },
      lie_mem :=
        (_ :
          ∀ {x : L} {m : M},
            m ∈
                { toAddSubmonoid := src.toAddSubmonoid,
                        smul_mem' :=
                          (_ :
                            ∀ (c : R) {x : M},
                              x ∈ src.carrier → c • x ∈ src.carrier) }.toAddSubmonoid.toAddSubsemigroup.carrier →
              ⁅x, m⁆ ∈ Submodule.span R s) }

tactic: exact Submodule.subset_span
state_before: case a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
aux : ∀ (y : L) (m' : M), m' ∈ Submodule.span R s → ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s
⊢ {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m} ⊆
    ↑(let src := Submodule.span R s;
      {
        toSubmodule :=
          { toAddSubmonoid := src.toAddSubmonoid,
            smul_mem' := (_ : ∀ (c : R) {x : M}, x ∈ src.carrier → c • x ∈ src.carrier) },
        lie_mem :=
          (_ :
            ∀ {x : L} {m : M},
              m ∈
                  { toAddSubmonoid := src.toAddSubmonoid,
                          smul_mem' :=
                            (_ :
                              ∀ (c : R) {x : M},
                                x ∈ src.carrier → c • x ∈ src.carrier) }.toAddSubmonoid.toAddSubsemigroup.carrier →
                ⁅x, m⁆ ∈ Submodule.span R s) })

tactic: intro y m' hm'
state_before: R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
⊢ ∀ (y : L) (m' : M), m' ∈ Submodule.span R s → ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s

tactic: refine Submodule.span_induction (R := R) (M := M) (s := s)
  (p := fun m' ↦ ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) hm' ?_ ?_ ?_ ?_
state_before: R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
⊢ ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s

tactic: rintro m'' ⟨x, n, hm''⟩
state_before: case refine_1
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
⊢ ∀ (x : M), x ∈ s → (fun m' => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) x

tactic: rw [← hm'', leibniz_lie]
state_before: case refine_1.intro.intro
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
m'' : M
x : { x // x ∈ I }
n : { x // x ∈ N }
hm'' : ⁅↑x, ↑n⁆ = m''
⊢ ⁅y, m''⁆ ∈ Submodule.span R s

tactic: refine Submodule.add_mem _ ?_ ?_ <;> apply Submodule.subset_span
state_before: case refine_1.intro.intro
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
m'' : M
x : { x // x ∈ I }
n : { x // x ∈ N }
hm'' : ⁅↑x, ↑n⁆ = m''
⊢ ⁅⁅y, ↑x⁆, ↑n⁆ + ⁅↑x, ⁅y, ↑n⁆⁆ ∈ Submodule.span R s

tactic: use ⟨⁅y, ↑x⁆, I.lie_mem x.property⟩, n
state_before: case refine_1.intro.intro.refine_1.a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
m'' : M
x : { x // x ∈ I }
n : { x // x ∈ N }
hm'' : ⁅↑x, ↑n⁆ = m''
⊢ ⁅⁅y, ↑x⁆, ↑n⁆ ∈ s

tactic: use x, ⟨⁅y, ↑n⁆, N.lie_mem n.property⟩
state_before: case refine_1.intro.intro.refine_2.a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
m'' : M
x : { x // x ∈ I }
n : { x // x ∈ N }
hm'' : ⁅↑x, ↑n⁆ = m''
⊢ ⁅↑x, ⁅y, ↑n⁆⁆ ∈ s

tactic: simp only [lie_zero, Submodule.zero_mem]
state_before: case refine_2
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
⊢ (fun m' => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) 0

tactic: intro m₁ m₂ hm₁ hm₂
state_before: case refine_3
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
⊢ ∀ (x y_1 : M),
    (fun m' => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) x →
      (fun m' => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) y_1 → (fun m' => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) (x + y_1)

tactic: rw [lie_add]
state_before: case refine_3
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
m₁ m₂ : M
hm₁ : ⁅y, m₁⁆ ∈ Submodule.span R s
hm₂ : ⁅y, m₂⁆ ∈ Submodule.span R s
⊢ ⁅y, m₁ + m₂⁆ ∈ Submodule.span R s

tactic: exact Submodule.add_mem _ hm₁ hm₂
state_before: case refine_3
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
m₁ m₂ : M
hm₁ : ⁅y, m₁⁆ ∈ Submodule.span R s
hm₂ : ⁅y, m₂⁆ ∈ Submodule.span R s
⊢ ⁅y, m₁⁆ + ⁅y, m₂⁆ ∈ Submodule.span R s

tactic: intro t m'' hm''
state_before: case refine_4
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
⊢ ∀ (a : R) (x : M), (fun m' => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) x → (fun m' => ⁅y, m'⁆ ∈ Submodule.span R s) (a • x)

tactic: rw [lie_smul]
state_before: case refine_4
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
t : R
m'' : M
hm'' : ⁅y, m''⁆ ∈ Submodule.span R s
⊢ ⁅y, t • m''⁆ ∈ Submodule.span R s

tactic: exact Submodule.smul_mem _ t hm''
state_before: case refine_4
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
s : Set M := {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m}
y : L
m' : M
hm' : m' ∈ Submodule.span R s
t : R
m'' : M
hm'' : ⁅y, m''⁆ ∈ Submodule.span R s
⊢ t • ⁅y, m''⁆ ∈ Submodule.span R s

tactic: rw [lieIdeal_oper_eq_span]
state_before: case a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
⊢ Submodule.span R {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m} ≤ ↑⁅I, N⁆

tactic: apply submodule_span_le_lieSpan
state_before: case a
R : Type u
L : Type v
M : Type w
M₂ : Type w₁
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 M₂
inst✝² : Module R M₂
inst✝¹ : LieRingModule L M₂
inst✝ : LieModule R L M₂
N N' : LieSubmodule R L M
I J : LieIdeal R L
N₂ : LieSubmodule R L M₂
⊢ Submodule.span R {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m} ≤ ↑(lieSpan R L {m | ∃ x n, ⁅↑x, ↑n⁆ = m})