-- Mathlib/Algebra/GeomSum.lean
theorem geom_sum_inv [DivisionRing α] {x : α} (hx1 : x ≠ 1) (hx0 : x ≠ 0) (n : ℕ) :
    ∑ i ∈ range n, x⁻¹ ^ i = (x - 1)⁻¹ * (x - x⁻¹ ^ n * x)

Proof state:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
⊢ x⁻¹ ≠ 1

Tactic:
rwa [inv_eq_one_div, Ne, div_eq_iff_mul_eq hx0, one_mul]

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
h₂ : x⁻¹ - 1 ≠ 0
h₃ : x - 1 ≠ 0
h₄ : x * (x ^ n)⁻¹ = (x ^ n)⁻¹ * x
⊢ (x ^ n)⁻¹ * x + -x + (-(x ^ n)⁻¹ + 1) = -x + ((x ^ n)⁻¹ * x + -(x ^ n)⁻¹ + 1)

Tactic:
rw [add_comm _ (-x), add_assoc, add_assoc _ _ 1]

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
h₂ : x⁻¹ - 1 ≠ 0
⊢ ∑ i ∈ range n, x⁻¹ ^ i = (x - 1)⁻¹ * (x - x⁻¹ ^ n * x)

Tactic:
have h₃ : x - 1 ≠ 0 := mt sub_eq_zero.1 hx1

Result:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
h₂ : x⁻¹ - 1 ≠ 0
h₃ : x - 1 ≠ 0
⊢ ∑ i ∈ range n, x⁻¹ ^ i = (x - 1)⁻¹ * (x - x⁻¹ ^ n * x)

Proof state:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
h₂ : x⁻¹ - 1 ≠ 0
h₃ : x - 1 ≠ 0
h₄ : x * (x ^ n)⁻¹ = (x ^ n)⁻¹ * x
⊢ 1 * (x - x⁻¹ ^ n * x) * (x⁻¹ - 1) = (x - 1) * (x⁻¹ ^ n - 1)

Tactic:
simp [mul_add, add_mul, mul_inv_cancel₀ hx0, mul_assoc, h₄, sub_eq_add_neg, add_comm,
  add_left_comm]

Result:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
h₂ : x⁻¹ - 1 ≠ 0
h₃ : x - 1 ≠ 0
h₄ : x * (x ^ n)⁻¹ = (x ^ n)⁻¹ * x
⊢ (x ^ n)⁻¹ * x + -x + (-(x ^ n)⁻¹ + 1) = -x + ((x ^ n)⁻¹ * x + -(x ^ n)⁻¹ + 1)

Proof state:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
h₂ : x⁻¹ - 1 ≠ 0
h₃ : x - 1 ≠ 0
⊢ x * (x ^ Nat.zero)⁻¹ = (x ^ Nat.zero)⁻¹ * x

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
h₂ : x⁻¹ - 1 ≠ 0
h₃ : x - 1 ≠ 0
h₄ : x * (x ^ n)⁻¹ = (x ^ n)⁻¹ * x
⊢ ∑ i ∈ range n, x⁻¹ ^ i = (x - 1)⁻¹ * (x - x⁻¹ ^ n * x)

Tactic:
rw [geom_sum_eq h₁, div_eq_iff_mul_eq h₂, ← mul_right_inj' h₃, ← mul_assoc, ← mul_assoc,
  mul_inv_cancel₀ h₃]

Result:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
h₂ : x⁻¹ - 1 ≠ 0
h₃ : x - 1 ≠ 0
h₄ : x * (x ^ n)⁻¹ = (x ^ n)⁻¹ * x
⊢ 1 * (x - x⁻¹ ^ n * x) * (x⁻¹ - 1) = (x - 1) * (x⁻¹ ^ n - 1)

Proof state:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
h₂ : x⁻¹ - 1 ≠ 0
h₃ : x - 1 ≠ 0
⊢ ∑ i ∈ range n, x⁻¹ ^ i = (x - 1)⁻¹ * (x - x⁻¹ ^ n * x)

Tactic:
have h₄ : x * (x ^ n)⁻¹ = (x ^ n)⁻¹ * x :=
  Nat.recOn n (by simp) fun n h => by
    rw [pow_succ', mul_inv_rev, ← mul_assoc, h, mul_assoc, mul_inv_cancel₀ hx0, mul_assoc,
      inv_mul_cancel₀ hx0]

Result:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
h₂ : x⁻¹ - 1 ≠ 0
h₃ : x - 1 ≠ 0
h₄ : x * (x ^ n)⁻¹ = (x ^ n)⁻¹ * x
⊢ ∑ i ∈ range n, x⁻¹ ^ i = (x - 1)⁻¹ * (x - x⁻¹ ^ n * x)

Proof state:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n✝ : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
h₂ : x⁻¹ - 1 ≠ 0
h₃ : x - 1 ≠ 0
n : ℕ
h : x * (x ^ n)⁻¹ = (x ^ n)⁻¹ * x
⊢ x * (x ^ n.succ)⁻¹ = (x ^ n.succ)⁻¹ * x

Tactic:
rw [pow_succ', mul_inv_rev, ← mul_assoc, h, mul_assoc, mul_inv_cancel₀ hx0, mul_assoc,
  inv_mul_cancel₀ hx0]

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
⊢ ∑ i ∈ range n, x⁻¹ ^ i = (x - 1)⁻¹ * (x - x⁻¹ ^ n * x)

Tactic:
have h₂ : x⁻¹ - 1 ≠ 0 := mt sub_eq_zero.1 h₁

Result:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
h₂ : x⁻¹ - 1 ≠ 0
⊢ ∑ i ∈ range n, x⁻¹ ^ i = (x - 1)⁻¹ * (x - x⁻¹ ^ n * x)

Proof state:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
⊢ ∑ i ∈ range n, x⁻¹ ^ i = (x - 1)⁻¹ * (x - x⁻¹ ^ n * x)

Tactic:
have h₁ : x⁻¹ ≠ 1 := by rwa [inv_eq_one_div, Ne, div_eq_iff_mul_eq hx0, one_mul]

Result:
α : Type u
inst✝ : DivisionRing α
x : α
hx1 : x ≠ 1
hx0 : x ≠ 0
n : ℕ
h₁ : x⁻¹ ≠ 1
⊢ ∑ i ∈ range n, x⁻¹ ^ i = (x - 1)⁻¹ * (x - x⁻¹ ^ n * x)