Theorem: IsPrimitiveRoot.nthRoots_eq
File: Mathlib/RingTheory/RootsOfUnity/Basic.lean

tactic: obtain (rfl|hn) := n.eq_zero_or_pos
state_before: M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
⊢ nthRoots n a = Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n)
state_after: case inl
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
ζ α a : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ 0
e : α ^ 0 = a
⊢ nthRoots 0 a = Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range 0)

case inr
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
⊢ nthRoots n a = Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n)

tactic: by_cases hα : α = 0
state_before: case inr
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
⊢ nthRoots n a = Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n)
state_after: case pos
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : α = 0
⊢ nthRoots n a = Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n)

case neg
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
⊢ nthRoots n a = Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n)

tactic: simp
state_before: case inl
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
ζ α a : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ 0
e : α ^ 0 = a
⊢ nthRoots 0 a = Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range 0)
state_after: no goals

tactic: rw [hα, zero_pow hn.ne'] at e
state_before: case pos
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : α = 0
⊢ nthRoots n a = Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n)
state_after: case pos
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : 0 = a
hn : n > 0
hα : α = 0
⊢ nthRoots n a = Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n)

tactic: simp only [hα, e.symm, nthRoots_zero_right, mul_zero,
  Finset.range_val, Multiset.map_const', Multiset.card_range]
state_before: case pos
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : 0 = a
hn : n > 0
hα : α = 0
⊢ nthRoots n a = Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n)
state_after: no goals

tactic: symm
state_before: case neg
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
⊢ nthRoots n a = Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n)
state_after: case neg
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
⊢ Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n) = nthRoots n a

tactic: apply Multiset.eq_of_le_of_card_le
state_before: case neg
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
⊢ Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n) = nthRoots n a
state_after: case neg.h
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
⊢ Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n) ≤ nthRoots n a

case neg.a
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
⊢ Multiset.card (nthRoots n a) ≤ Multiset.card (Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n))

tactic: rw [← Finset.range_val,
  ← Finset.image_val_of_injOn (hζ.injOn_pow_mul hα), Finset.val_le_iff_val_subset]
state_before: case neg.h
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
⊢ Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n) ≤ nthRoots n a
state_after: case neg.h
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
⊢ (image (fun x => ζ ^ x * α) (range n)).val ⊆ nthRoots n a

tactic: intro x hx
state_before: case neg.h
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
⊢ (image (fun x => ζ ^ x * α) (range n)).val ⊆ nthRoots n a
state_after: case neg.h
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
x : R
hx : x ∈ (image (fun x => ζ ^ x * α) (range n)).val
⊢ x ∈ nthRoots n a

tactic: simp only [Finset.image_val, Finset.range_val, Multiset.mem_dedup, Multiset.mem_map,
  Multiset.mem_range] at hx
state_before: case neg.h
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
x : R
hx : x ∈ (image (fun x => ζ ^ x * α) (range n)).val
⊢ x ∈ nthRoots n a
state_after: case neg.h
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
x : R
hx : ∃ a < n, ζ ^ a * α = x
⊢ x ∈ nthRoots n a

tactic: obtain ⟨m, _, rfl⟩ := hx
state_before: case neg.h
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
x : R
hx : ∃ a < n, ζ ^ a * α = x
⊢ x ∈ nthRoots n a
state_after: case neg.h.intro.intro
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
m : ℕ
left✝ : m < n
⊢ ζ ^ m * α ∈ nthRoots n a

tactic: rw [mem_nthRoots hn, mul_pow, e, ← pow_mul, mul_comm m,
  pow_mul, hζ.pow_eq_one, one_pow, one_mul]
state_before: case neg.h.intro.intro
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
m : ℕ
left✝ : m < n
⊢ ζ ^ m * α ∈ nthRoots n a
state_after: no goals

tactic: simpa only [Multiset.card_map, Multiset.card_range] using card_nthRoots n a
state_before: case neg.a
M : Type u_1
N : Type u_2
G : Type u_3
R : Type u_4
S : Type u_5
F : Type u_6
inst✝⁴ : CommMonoid M
inst✝³ : CommMonoid N
inst✝² : DivisionCommMonoid G
k l : ℕ
inst✝¹ : CommRing R
ζ✝ : Rˣ
h : IsPrimitiveRoot ζ✝ k
inst✝ : IsDomain R
n : ℕ
ζ : R
hζ : IsPrimitiveRoot ζ n
α a : R
e : α ^ n = a
hn : n > 0
hα : ¬α = 0
⊢ Multiset.card (nthRoots n a) ≤ Multiset.card (Multiset.map (fun x => ζ ^ x * α) (Multiset.range n))
state_after: no goals