Theorem: Pell.IsFundamental.exists_of_not_isSquare
File: Mathlib/NumberTheory/Pell.lean

tactic: obtain ⟨a, ha₁, ha₂⟩ := exists_pos_of_not_isSquare h₀ hd
state_before: d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
⊢ ∃ a, IsFundamental a
state_after: case intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
⊢ ∃ a, IsFundamental a

tactic: have P : ∃ x' : ℕ, 1 < x' ∧ ∃ y' : ℤ, 0 < y' ∧ (x' : ℤ) ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1 := by
  have hax := a.prop
  lift a.x to ℕ using by positivity with ax
  norm_cast at ha₁
  exact ⟨ax, ha₁, a.y, ha₂, hax⟩
state_before: case intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
⊢ ∃ a, IsFundamental a
state_after: case intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
⊢ ∃ a, IsFundamental a

tactic: classical
let x₁ := Nat.find P
obtain ⟨hx, y₁, hy₀, hy₁⟩ := Nat.find_spec P
refine ⟨mk x₁ y₁ hy₁, by rw [x_mk]; exact mod_cast hx, hy₀, fun {b} hb => ?_⟩
rw [x_mk]
have hb' := (Int.toNat_of_nonneg <| zero_le_one.trans hb.le).symm
have hb'' := hb
rw [hb'] at hb ⊢
norm_cast at hb ⊢
refine Nat.find_min' P ⟨hb, |b.y|, abs_pos.mpr <| y_ne_zero_of_one_lt_x hb'', ?_⟩
rw [← hb', sq_abs]
exact b.prop
state_before: case intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
⊢ ∃ a, IsFundamental a
state_after: no goals

tactic: have hax := a.prop
state_before: d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
⊢ ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
state_after: d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
hax : a.x ^ 2 - d * a.y ^ 2 = 1
⊢ ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1

tactic: lift a.x to ℕ using by positivity with ax
state_before: d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
hax : a.x ^ 2 - d * a.y ^ 2 = 1
⊢ ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
state_after: case intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₂ : 0 < a.y
ax : ℕ
ha₁✝ ha₁ : 1 < ↑ax
hax✝ hax : ↑ax ^ 2 - d * a.y ^ 2 = 1
⊢ ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1

tactic: norm_cast at ha₁
state_before: case intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₂ : 0 < a.y
ax : ℕ
ha₁✝ ha₁ : 1 < ↑ax
hax✝ hax : ↑ax ^ 2 - d * a.y ^ 2 = 1
⊢ ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
state_after: case intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₂ : 0 < a.y
ax : ℕ
ha₁✝ : 1 < ↑ax
hax✝ hax : ↑ax ^ 2 - d * a.y ^ 2 = 1
ha₁ : 1 < ax
⊢ ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1

tactic: exact ⟨ax, ha₁, a.y, ha₂, hax⟩
state_before: case intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₂ : 0 < a.y
ax : ℕ
ha₁✝ : 1 < ↑ax
hax✝ hax : ↑ax ^ 2 - d * a.y ^ 2 = 1
ha₁ : 1 < ax
⊢ ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
state_after: no goals

tactic: positivity
state_before: d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
hax : a.x ^ 2 - d * a.y ^ 2 = 1
⊢ 0 ≤ a.x
state_after: no goals

tactic: let x₁ := Nat.find P
state_before: case intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
⊢ ∃ a, IsFundamental a
state_after: case intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
⊢ ∃ a, IsFundamental a

tactic: obtain ⟨hx, y₁, hy₀, hy₁⟩ := Nat.find_spec P
state_before: case intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
⊢ ∃ a, IsFundamental a
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
⊢ ∃ a, IsFundamental a

tactic: refine ⟨mk x₁ y₁ hy₁, by rw [x_mk]; exact mod_cast hx, hy₀, fun {b} hb => ?_⟩
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
⊢ ∃ a, IsFundamental a
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb : 1 < b.x
⊢ (Solution₁.mk (↑x₁) y₁ hy₁).x ≤ b.x

tactic: rw [x_mk]
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb : 1 < b.x
⊢ (Solution₁.mk (↑x₁) y₁ hy₁).x ≤ b.x
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb : 1 < b.x
⊢ ↑x₁ ≤ b.x

tactic: have hb' := (Int.toNat_of_nonneg <| zero_le_one.trans hb.le).symm
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb : 1 < b.x
⊢ ↑x₁ ≤ b.x
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb : 1 < b.x
hb' : b.x = ↑b.x.toNat
⊢ ↑x₁ ≤ b.x

tactic: have hb'' := hb
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb : 1 < b.x
hb' : b.x = ↑b.x.toNat
⊢ ↑x₁ ≤ b.x
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb : 1 < b.x
hb' : b.x = ↑b.x.toNat
hb'' : 1 < b.x
⊢ ↑x₁ ≤ b.x

tactic: rw [hb'] at hb ⊢
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb : 1 < b.x
hb' : b.x = ↑b.x.toNat
hb'' : 1 < b.x
⊢ ↑x₁ ≤ b.x
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb : 1 < ↑b.x.toNat
hb' : b.x = ↑b.x.toNat
hb'' : 1 < b.x
⊢ ↑x₁ ≤ ↑b.x.toNat

tactic: norm_cast at hb ⊢
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb : 1 < ↑b.x.toNat
hb' : b.x = ↑b.x.toNat
hb'' : 1 < b.x
⊢ ↑x₁ ≤ ↑b.x.toNat
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb' : b.x = ↑b.x.toNat
hb'' : 1 < b.x
hb : 1 < b.x.toNat
⊢ x₁ ≤ b.x.toNat

tactic: refine Nat.find_min' P ⟨hb, |b.y|, abs_pos.mpr <| y_ne_zero_of_one_lt_x hb'', ?_⟩
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb' : b.x = ↑b.x.toNat
hb'' : 1 < b.x
hb : 1 < b.x.toNat
⊢ x₁ ≤ b.x.toNat
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb' : b.x = ↑b.x.toNat
hb'' : 1 < b.x
hb : 1 < b.x.toNat
⊢ ↑b.x.toNat ^ 2 - d * |b.y| ^ 2 = 1

tactic: rw [← hb', sq_abs]
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb' : b.x = ↑b.x.toNat
hb'' : 1 < b.x
hb : 1 < b.x.toNat
⊢ ↑b.x.toNat ^ 2 - d * |b.y| ^ 2 = 1
state_after: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb' : b.x = ↑b.x.toNat
hb'' : 1 < b.x
hb : 1 < b.x.toNat
⊢ b.x ^ 2 - d * b.y ^ 2 = 1

tactic: exact b.prop
state_before: case intro.intro.intro.intro.intro
d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
b : Solution₁ d
hb' : b.x = ↑b.x.toNat
hb'' : 1 < b.x
hb : 1 < b.x.toNat
⊢ b.x ^ 2 - d * b.y ^ 2 = 1
state_after: no goals

tactic: rw [x_mk]
state_before: d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
⊢ 1 < (Solution₁.mk (↑x₁) y₁ hy₁).x
state_after: d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
⊢ 1 < ↑x₁

tactic: exact mod_cast hx
state_before: d : ℤ
h₀ : 0 < d
hd : ¬IsSquare d
a : Solution₁ d
ha₁ : 1 < a.x
ha₂ : 0 < a.y
P : ∃ x', 1 < x' ∧ ∃ y', 0 < y' ∧ ↑x' ^ 2 - d * y' ^ 2 = 1
x₁ : ℕ := Nat.find P
hx : 1 < Nat.find P
y₁ : ℤ
hy₀ : 0 < y₁
hy₁ : ↑(Nat.find P) ^ 2 - d * y₁ ^ 2 = 1
⊢ 1 < ↑x₁
state_after: no goals