-- Mathlib/RingTheory/RootsOfUnity/Minpoly.lean
theorem minpoly_eq_pow {p : ℕ} [hprime : Fact p.Prime] (hdiv : ¬p ∣ n) :
    minpoly ℤ μ = minpoly ℤ (μ ^ p)

Proof state:
case neg
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
Q : ℤ[X] := minpoly ℤ (μ ^ p)
hdiff : ¬P = Q
Pmonic : P.Monic
Qmonic : Q.Monic
Pirr : Irreducible P
Qirr : Irreducible Q
PQprim : (P * Q).IsPrimitive
prod : (mapRingHom (Int.castRingHom (ZMod p))) (P * Q) ∣ (mapRingHom (Int.castRingHom (ZMod p))) (X ^ n - 1)
⊢ False

Tactic:
rw [coe_mapRingHom, Polynomial.map_mul, Polynomial.map_sub, Polynomial.map_one,
  Polynomial.map_pow, map_X] at prod

Result:
case neg
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
Q : ℤ[X] := minpoly ℤ (μ ^ p)
hdiff : ¬P = Q
Pmonic : P.Monic
Qmonic : Q.Monic
Pirr : Irreducible P
Qirr : Irreducible Q
PQprim : (P * Q).IsPrimitive
prod : map (Int.castRingHom (ZMod p)) P * map (Int.castRingHom (ZMod p)) Q ∣ X ^ n - 1
⊢ False

Proof state:
case neg
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
hdiff : ¬minpoly ℤ μ = minpoly ℤ (μ ^ p)
⊢ False

Tactic:
set P := minpoly ℤ μ

Result:
case neg
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
hdiff : ¬P = minpoly ℤ (μ ^ p)
⊢ False

Proof state:
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
Q : ℤ[X] := minpoly ℤ (μ ^ p)
hdiff : ¬P = Q
Pmonic : P.Monic
Qmonic : Q.Monic
Pirr : Irreducible P
Qirr : Irreducible Q
PQprim : (P * Q).IsPrimitive
⊢ map (Int.castRingHom ℚ) P * map (Int.castRingHom ℚ) Q ∣ map (Int.castRingHom ℚ) (X ^ n - 1)

Tactic:
refine IsCoprime.mul_dvd ?_ ?_ ?_

Result:
case refine_1
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
Q : ℤ[X] := minpoly ℤ (μ ^ p)
hdiff : ¬P = Q
Pmonic : P.Monic
Qmonic : Q.Monic
Pirr : Irreducible P
Qirr : Irreducible Q
PQprim : (P * Q).IsPrimitive
⊢ IsCoprime (map (Int.castRingHom ℚ) P) (map (Int.castRingHom ℚ) Q)

case refine_2
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
Q : ℤ[X] := minpoly ℤ (μ ^ p)
hdiff : ¬P = Q
Pmonic : P.Monic
Qmonic : Q.Monic
Pirr : Irreducible P
Qirr : Irreducible Q
PQprim : (P * Q).IsPrimitive
⊢ map (Int.castRingHom ℚ) P ∣ map (Int.castRingHom ℚ) (X ^ n - 1)

case refine_3
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
Q : ℤ[X] := minpoly ℤ (μ ^ p)
hdiff : ¬P = Q
Pmonic : P.Monic
Qmonic : Q.Monic
Pirr : Irreducible P
Qirr : Irreducible Q
PQprim : (P * Q).IsPrimitive
⊢ map (Int.castRingHom ℚ) Q ∣ map (Int.castRingHom ℚ) (X ^ n - 1)

Proof state:
case refine_2
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
Q : ℤ[X] := minpoly ℤ (μ ^ p)
hdiff : ¬P = Q
Pmonic : P.Monic
Qmonic : Q.Monic
Pirr : Irreducible P
Qirr : Irreducible Q
PQprim : (P * Q).IsPrimitive
⊢ P ∣ X ^ n - 1

Tactic:
exact minpoly_dvd_x_pow_sub_one h

Result:
no goals

Proof state:
case neg.intro
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
Q : ℤ[X] := minpoly ℤ (μ ^ p)
hdiff : ¬P = Q
Pmonic : P.Monic
Qmonic : Q.Monic
Pirr : Irreducible P
Qirr : Irreducible Q
PQprim : (P * Q).IsPrimitive
R : (ZMod p)[X]
prod : map (Int.castRingHom (ZMod p)) P ^ 2 * R ∣ X ^ n - 1
hR : map (Int.castRingHom (ZMod p)) (minpoly ℤ (μ ^ p)) = map (Int.castRingHom (ZMod p)) (minpoly ℤ μ) * R
habs : ↑1 < emultiplicity (map (Int.castRingHom (ZMod p)) P) (X ^ n - 1)
⊢ False

Tactic:
have hfree : Squarefree (X ^ n - 1 : (ZMod p)[X]) :=
  (separable_X_pow_sub_C 1 (fun h => hdiv <| (ZMod.natCast_zmod_eq_zero_iff_dvd n p).1 h)
      one_ne_zero).squarefree

Result:
case neg.intro
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
Q : ℤ[X] := minpoly ℤ (μ ^ p)
hdiff : ¬P = Q
Pmonic : P.Monic
Qmonic : Q.Monic
Pirr : Irreducible P
Qirr : Irreducible Q
PQprim : (P * Q).IsPrimitive
R : (ZMod p)[X]
prod : map (Int.castRingHom (ZMod p)) P ^ 2 * R ∣ X ^ n - 1
hR : map (Int.castRingHom (ZMod p)) (minpoly ℤ (μ ^ p)) = map (Int.castRingHom (ZMod p)) (minpoly ℤ μ) * R
habs : ↑1 < emultiplicity (map (Int.castRingHom (ZMod p)) P) (X ^ n - 1)
hfree : Squarefree (X ^ n - 1)
⊢ False

Proof state:
case neg
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
hdiff : ¬P = minpoly ℤ (μ ^ p)
⊢ False

Tactic:
set Q := minpoly ℤ (μ ^ p)

Result:
case neg
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
Q : ℤ[X] := minpoly ℤ (μ ^ p)
hdiff : ¬P = Q
⊢ False

Proof state:
case neg.intro
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
Q : ℤ[X] := minpoly ℤ (μ ^ p)
hdiff : ¬P = Q
Pmonic : P.Monic
Qmonic : Q.Monic
Pirr : Irreducible P
Qirr : Irreducible Q
PQprim : (P * Q).IsPrimitive
R : (ZMod p)[X]
prod : map (Int.castRingHom (ZMod p)) P ^ 2 * R ∣ X ^ n - 1
hR : map (Int.castRingHom (ZMod p)) (minpoly ℤ (μ ^ p)) = map (Int.castRingHom (ZMod p)) (minpoly ℤ μ) * R
⊢ False

Tactic:
have habs : map (Int.castRingHom (ZMod p)) P ^ 2 ∣ map (Int.castRingHom (ZMod p)) P ^ 2 * R := by
  use R

Result:
case neg.intro
n : ℕ
K : Type u_1
inst✝² : CommRing K
μ : K
h : IsPrimitiveRoot μ n
inst✝¹ : IsDomain K
inst✝ : CharZero K
p : ℕ
hprime : Fact (Nat.Prime p)
hdiv : ¬p ∣ n
hn : ¬n = 0
hpos : 0 < n
P : ℤ[X] := minpoly ℤ μ
Q : ℤ[X] := minpoly ℤ (μ ^ p)
hdiff : ¬P = Q
Pmonic : P.Monic
Qmonic : Q.Monic
Pirr : Irreducible P
Qirr : Irreducible Q
PQprim : (P * Q).IsPrimitive
R : (ZMod p)[X]
prod : map (Int.castRingHom (ZMod p)) P ^ 2 * R ∣ X ^ n - 1
hR : map (Int.castRingHom (ZMod p)) (minpoly ℤ (μ ^ p)) = map (Int.castRingHom (ZMod p)) (minpoly ℤ μ) * R
habs : map (Int.castRingHom (ZMod p)) P ^ 2 ∣ map (Int.castRingHom (ZMod p)) P ^ 2 * R
⊢ False