-- Mathlib/NumberTheory/PellMatiyasevic.lean
theorem eq_pow_of_pell {m n k} :
    n ^ k = m ↔ k = 0 ∧ m = 1 ∨0 < k ∧ (n = 0 ∧ m = 0 ∨
      0 < n ∧ ∃ (w a t z : ℕ) (a1 : 1 < a), xn a1 k ≡ yn a1 k * (a - n) + m [MOD t] ∧
      2 * a * n = t + (n * n + 1) ∧ m < t ∧
      n ≤ w ∧ k ≤ w ∧ a * a - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1)

Proof state:
m n k : ℕ
⊢ n ^ k = m ↔
    k = 0 ∧ m = 1 ∨
      0 < k ∧
        (n = 0 ∧ m = 0 ∨
          0 < n ∧
            ∃ w a t z,
              ∃ (a1 : 1 < a),
                xn a1 k ≡ yn a1 k * (a - n) + m [MOD t] ∧
                  2 * a * n = t + (n * n + 1) ∧
                    m < t ∧ n ≤ w ∧ k ≤ w ∧ a * a - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1)

Tactic:
constructor

Result:
case mp
m n k : ℕ
⊢ n ^ k = m →
    k = 0 ∧ m = 1 ∨
      0 < k ∧
        (n = 0 ∧ m = 0 ∨
          0 < n ∧
            ∃ w a t z,
              ∃ (a1 : 1 < a),
                xn a1 k ≡ yn a1 k * (a - n) + m [MOD t] ∧
                  2 * a * n = t + (n * n + 1) ∧
                    m < t ∧ n ≤ w ∧ k ≤ w ∧ a * a - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1)

case mpr
m n k : ℕ
⊢ k = 0 ∧ m = 1 ∨
      0 < k ∧
        (n = 0 ∧ m = 0 ∨
          0 < n ∧
            ∃ w a t z,
              ∃ (a1 : 1 < a),
                xn a1 k ≡ yn a1 k * (a - n) + m [MOD t] ∧
                  2 * a * n = t + (n * n + 1) ∧
                    m < t ∧ n ≤ w ∧ k ≤ w ∧ a * a - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1) →
    n ^ k = m

Proof state:
n k : ℕ
hk : 0 < k
hn : 0 < n
w : ℕ := n ⊔ k
nw : n ≤ w
kw : k ≤ w
wpos : 0 < w
w1 : 1 < w + 1
a : ℕ := xn w1 w
a1 : 1 < a
na : n ≤ a
x : ℕ := xn a1 k
y : ℕ := yn a1 k
z : ℕ
ze : yn w1 w = w * z
⊢ n ^ k < a

Tactic:
calc
  n ^ k ≤ n ^ w := Nat.pow_le_pow_of_le_right hn kw
  _ < (w + 1) ^ w := Nat.pow_lt_pow_left (Nat.lt_succ_of_le nw) wpos.ne'
  _ ≤ a := xn_ge_a_pow w1 w

Result:
no goals

Proof state:
case mpr.inr.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
m n k : ℕ
hk0 : 0 < k
hn0 : 0 < n
w t z : ℕ
mt : m < t
nw : n ≤ w
kw : k ≤ w
hw0 : 0 < w
hw1 : 1 < w + 1
j : ℕ
yj : w * z = yn hw1 j
a1 : 1 < xn hw1 j
tm : xn a1 k ≡ yn a1 k * (xn hw1 j - n) + m [MOD t]
ta : 2 * xn hw1 j * n = t + (n * n + 1)
zp : xn hw1 j * xn hw1 j - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1
hj0 : 0 < j
⊢ n ^ k = m

Tactic:
have wj : w ≤ j :=
  Nat.le_of_dvd hj0
    (modEq_zero_iff_dvd.1 <|
      (yn_modEq_a_sub_one hw1 j).symm.trans <| modEq_zero_iff_dvd.2 ⟨z, yj.symm⟩)

Result:
case mpr.inr.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
m n k : ℕ
hk0 : 0 < k
hn0 : 0 < n
w t z : ℕ
mt : m < t
nw : n ≤ w
kw : k ≤ w
hw0 : 0 < w
hw1 : 1 < w + 1
j : ℕ
yj : w * z = yn hw1 j
a1 : 1 < xn hw1 j
tm : xn a1 k ≡ yn a1 k * (xn hw1 j - n) + m [MOD t]
ta : 2 * xn hw1 j * n = t + (n * n + 1)
zp : xn hw1 j * xn hw1 j - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1
hj0 : 0 < j
wj : w ≤ j
⊢ n ^ k = m

Proof state:
case mp
n k : ℕ
hk : 0 < k
hn : 0 < n
w : ℕ := n ⊔ k
nw : n ≤ w
kw : k ≤ w
wpos : 0 < w
w1 : 1 < w + 1
a : ℕ := xn w1 w
a1 : 1 < a
na : n ≤ a
⊢ ∃ w a t z,
    ∃ (a1 : 1 < a),
      xn a1 k ≡ yn a1 k * (a - n) + n ^ k [MOD t] ∧
        2 * a * n = t + (n * n + 1) ∧
          n ^ k < t ∧ n ≤ w ∧ k ≤ w ∧ a * a - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1

Tactic:
set x := xn a1 k

Result:
case mp
n k : ℕ
hk : 0 < k
hn : 0 < n
w : ℕ := n ⊔ k
nw : n ≤ w
kw : k ≤ w
wpos : 0 < w
w1 : 1 < w + 1
a : ℕ := xn w1 w
a1 : 1 < a
na : n ≤ a
x : ℕ := xn a1 k
⊢ ∃ w a t z,
    ∃ (a1 : 1 < a),
      xn a1 k ≡ yn a1 k * (a - n) + n ^ k [MOD t] ∧
        2 * a * n = t + (n * n + 1) ∧
          n ^ k < t ∧ n ≤ w ∧ k ≤ w ∧ a * a - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1

Proof state:
case mp.intro.intro
n k : ℕ
hk : 0 < k
hn : 0 < n
w : ℕ := n ⊔ k
nw : n ≤ w
kw : k ≤ w
wpos : 0 < w
w1 : 1 < w + 1
a : ℕ := xn w1 w
a1 : 1 < a
na : n ≤ a
x : ℕ := xn a1 k
y : ℕ := yn a1 k
z : ℕ
ze : yn w1 w = w * z
t : ℕ
te : ↑t = 2 * ↑a * ↑n - ↑n * ↑n - 1
nt✝ nt : ↑(n ^ k) < ↑t
tm : x ≡ y * (a - n) + n ^ k [MOD t]
⊢ ∃ w a t z,
    ∃ (a1 : 1 < a),
      xn a1 k ≡ yn a1 k * (a - n) + n ^ k [MOD t] ∧
        2 * a * n = t + (n * n + 1) ∧
          n ^ k < t ∧ n ≤ w ∧ k ≤ w ∧ a * a - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1

Tactic:
have ta : 2 * a * n = t + (n * n + 1) := by
  zify
  omega

Result:
case mp.intro.intro
n k : ℕ
hk : 0 < k
hn : 0 < n
w : ℕ := n ⊔ k
nw : n ≤ w
kw : k ≤ w
wpos : 0 < w
w1 : 1 < w + 1
a : ℕ := xn w1 w
a1 : 1 < a
na : n ≤ a
x : ℕ := xn a1 k
y : ℕ := yn a1 k
z : ℕ
ze : yn w1 w = w * z
t : ℕ
te : ↑t = 2 * ↑a * ↑n - ↑n * ↑n - 1
nt✝ nt : ↑(n ^ k) < ↑t
tm : x ≡ y * (a - n) + n ^ k [MOD t]
ta : 2 * a * n = t + (n * n + 1)
⊢ ∃ w a t z,
    ∃ (a1 : 1 < a),
      xn a1 k ≡ yn a1 k * (a - n) + n ^ k [MOD t] ∧
        2 * a * n = t + (n * n + 1) ∧
          n ^ k < t ∧ n ≤ w ∧ k ≤ w ∧ a * a - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1

Proof state:
m n k : ℕ
hk0 : 0 < k
hn0 : 0 < n
w t z : ℕ
mt : m < t
nw : n ≤ w
kw : k ≤ w
hw0 : 0 < w
hw1 : 1 < w + 1
j : ℕ
yj : w * z = yn hw1 j
a1 : 1 < xn hw1 j
tm : xn a1 k ≡ yn a1 k * (xn hw1 j - n) + m [MOD t]
ta : 2 * xn hw1 j * n = t + (n * n + 1)
zp : xn hw1 j * xn hw1 j - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1
⊢ 0 < j

Tactic:
apply Nat.pos_of_ne_zero

Result:
case a
m n k : ℕ
hk0 : 0 < k
hn0 : 0 < n
w t z : ℕ
mt : m < t
nw : n ≤ w
kw : k ≤ w
hw0 : 0 < w
hw1 : 1 < w + 1
j : ℕ
yj : w * z = yn hw1 j
a1 : 1 < xn hw1 j
tm : xn a1 k ≡ yn a1 k * (xn hw1 j - n) + m [MOD t]
ta : 2 * xn hw1 j * n = t + (n * n + 1)
zp : xn hw1 j * xn hw1 j - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1
⊢ j ≠ 0

Proof state:
n k : ℕ
hk : 0 < k
hn : 0 < n
w : ℕ := n ⊔ k
nw : n ≤ w
kw : k ≤ w
wpos : 0 < w
w1 : 1 < w + 1
a : ℕ := xn w1 w
a1 : 1 < a
na : n ≤ a
x : ℕ := xn a1 k
y : ℕ := yn a1 k
z : ℕ
ze : yn w1 w = w * z
t : ℕ
te : ↑t = 2 * ↑a * ↑n - ↑n * ↑n - 1
nt✝ nt : ↑(n ^ k) < ↑t
⊢ x ≡ y * (a - n) + n ^ k [MOD t]

Tactic:
apply modEq_of_dvd

Result:
case a
n k : ℕ
hk : 0 < k
hn : 0 < n
w : ℕ := n ⊔ k
nw : n ≤ w
kw : k ≤ w
wpos : 0 < w
w1 : 1 < w + 1
a : ℕ := xn w1 w
a1 : 1 < a
na : n ≤ a
x : ℕ := xn a1 k
y : ℕ := yn a1 k
z : ℕ
ze : yn w1 w = w * z
t : ℕ
te : ↑t = 2 * ↑a * ↑n - ↑n * ↑n - 1
nt✝ nt : ↑(n ^ k) < ↑t
⊢ ↑t ∣ ↑(y * (a - n) + n ^ k) - ↑x

Proof state:
n k : ℕ
hk : 0 < k
hn : 0 < n
w : ℕ := n ⊔ k
nw : n ≤ w
kw : k ≤ w
wpos : 0 < w
w1 : 1 < w + 1
a : ℕ := xn w1 w
a1 : 1 < a
na : n ≤ a
x : ℕ := xn a1 k
y : ℕ := yn a1 k
z : ℕ
ze : yn w1 w = w * z
t : ℕ
te : ↑t = 2 * ↑a * ↑n - ↑n * ↑n - 1
nt✝ nt : ↑(n ^ k) < ↑t
tm : x ≡ y * (a - n) + n ^ k [MOD t]
⊢ 2 * ↑a * ↑n = ↑t + (↑n * ↑n + 1)

Tactic:
omega

Result:
no goals

Proof state:
case mp.intro.intro
n k : ℕ
hk : 0 < k
hn : 0 < n
w : ℕ := n ⊔ k
nw : n ≤ w
kw : k ≤ w
wpos : 0 < w
w1 : 1 < w + 1
a : ℕ := xn w1 w
a1 : 1 < a
na : n ≤ a
x : ℕ := xn a1 k
y : ℕ := yn a1 k
z : ℕ
ze : yn w1 w = w * z
t : ℕ
te : ↑t = 2 * ↑a * ↑n - ↑n * ↑n - 1
nt✝ nt : ↑(n ^ k) < ↑t
tm : x ≡ y * (a - n) + n ^ k [MOD t]
ta : 2 * a * n = t + (n * n + 1)
zp : a * a - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1
⊢ ∃ w a t z,
    ∃ (a1 : 1 < a),
      xn a1 k ≡ yn a1 k * (a - n) + n ^ k [MOD t] ∧
        2 * a * n = t + (n * n + 1) ∧
          n ^ k < t ∧ n ≤ w ∧ k ≤ w ∧ a * a - ((w + 1) * (w + 1) - 1) * (w * z) * (w * z) = 1

Tactic:
exact ⟨w, a, t, z, a1, tm, ta, Nat.cast_lt.1 nt, nw, kw, zp⟩

Result:
no goals