-- Mathlib/GroupTheory/SpecificGroups/ZGroup.lean
theorem smul_mul_inv_trivial_or_surjective [IsCyclic G] (hG : IsPGroup p G)
    {K : Type*} [Group K] [MulDistribMulAction K G] (hGK : (Nat.card G).Coprime (Nat.card K)) :
    (∀ g : G, ∀ k : K, k • g * g⁻¹ = 1) ∨ (∀ g : G, ∃ k : K, ∃ q : G, k • q * q⁻¹ = g)

Proof state:
G : Type u_1
inst✝⁴ : Group G
p : ℕ
inst✝³ : Fact (Nat.Prime p)
inst✝² : IsCyclic G
hG : IsPGroup p G
K : Type u_4
inst✝¹ : Group K
inst✝ : MulDistribMulAction K G
hGK : (Nat.card G).Coprime (Nat.card K)
hc : ¬Nat.card G = 0
this : Finite G
ϕ : K →* ZMod (Nat.card G) := MulDistribMulAction.toMonoidHomZModOfIsCyclic G K ⋯
h : ∀ (g : G) (k : K) (n : ℤ), ϕ k - 1 = ↑n → k • g * g⁻¹ = g ^ n
k : K
⊢ ϕ k = 1 ∨ IsUnit (ϕ k - 1)

Tactic:
obtain ⟨n, hn⟩ := hG.exists_card_eq

Result:
case intro
G : Type u_1
inst✝⁴ : Group G
p : ℕ
inst✝³ : Fact (Nat.Prime p)
inst✝² : IsCyclic G
hG : IsPGroup p G
K : Type u_4
inst✝¹ : Group K
inst✝ : MulDistribMulAction K G
hGK : (Nat.card G).Coprime (Nat.card K)
hc : ¬Nat.card G = 0
this : Finite G
ϕ : K →* ZMod (Nat.card G) := MulDistribMulAction.toMonoidHomZModOfIsCyclic G K ⋯
h : ∀ (g : G) (k : K) (n : ℤ), ϕ k - 1 = ↑n → k • g * g⁻¹ = g ^ n
k : K
n : ℕ
hn : Nat.card G = p ^ n
⊢ ϕ k = 1 ∨ IsUnit (ϕ k - 1)

Proof state:
case pos
G : Type u_1
inst✝⁴ : Group G
p : ℕ
inst✝³ : Fact (Nat.Prime p)
inst✝² : IsCyclic G
hG : IsPGroup p G
K : Type u_4
inst✝¹ : Group K
inst✝ : MulDistribMulAction K G
hGK : (Nat.card G).Coprime (Nat.card K)
hc : Nat.card G = 0
⊢ (∀ (g : G) (k : K), k • g * g⁻¹ = 1) ∨ ∀ (g : G), ∃ k q, k • q * q⁻¹ = g

Tactic:
rw [hc, Nat.coprime_zero_left, Nat.card_eq_one_iff_unique] at hGK

Result:
case pos
G : Type u_1
inst✝⁴ : Group G
p : ℕ
inst✝³ : Fact (Nat.Prime p)
inst✝² : IsCyclic G
hG : IsPGroup p G
K : Type u_4
inst✝¹ : Group K
inst✝ : MulDistribMulAction K G
hGK : Subsingleton K ∧ Nonempty K
hc : Nat.card G = 0
⊢ (∀ (g : G) (k : K), k • g * g⁻¹ = 1) ∨ ∀ (g : G), ∃ k q, k • q * q⁻¹ = g

Proof state:
case pos
G : Type u_1
inst✝⁴ : Group G
p : ℕ
inst✝³ : Fact (Nat.Prime p)
inst✝² : IsCyclic G
hG : IsPGroup p G
K : Type u_4
inst✝¹ : Group K
inst✝ : MulDistribMulAction K G
hGK : Subsingleton K ∧ Nonempty K
hc : Nat.card G = 0
⊢ (∀ (g : G) (k : K), k • g * g⁻¹ = 1) ∨ ∀ (g : G), ∃ k q, k • q * q⁻¹ = g

Tactic:
simp [← hGK.1.elim 1]

Result:
no goals

Proof state:
case neg.inr.intro.intro.mk
G : Type u_1
inst✝⁴ : Group G
p : ℕ
inst✝³ : Fact (Nat.Prime p)
inst✝² : IsCyclic G
K : Type u_4
inst✝¹ : Group K
inst✝ : MulDistribMulAction K G
hGK : (Nat.card G).Coprime (Nat.card K)
hc : ¬Nat.card G = 0
this : Finite G
ϕ : K →* ZMod (Nat.card G) := MulDistribMulAction.toMonoidHomZModOfIsCyclic G K ⋯
h : ∀ (g : G) (k : K) (n : ℤ), ϕ k - 1 = ↑n → k • g * g⁻¹ = g ^ n
hG : ∀ (k : K), ϕ k = 1 ∨ IsUnit (ϕ k - 1)
k : K
hk : ¬ϕ k = 1
u v : ZMod (Nat.card G)
hvu : v * ↑u.cast = 1
hu : ↑u.cast = ϕ k - 1
⊢ (∀ (g : G) (k : K), k • g * g⁻¹ = 1) ∨ ∀ (g : G), ∃ k q, k • q * q⁻¹ = g

Tactic:
rw [← v.intCast_zmod_cast, ← Int.cast_mul, ← Int.cast_one, ZMod.intCast_eq_intCast_iff] at hvu

Result:
case neg.inr.intro.intro.mk
G : Type u_1
inst✝⁴ : Group G
p : ℕ
inst✝³ : Fact (Nat.Prime p)
inst✝² : IsCyclic G
K : Type u_4
inst✝¹ : Group K
inst✝ : MulDistribMulAction K G
hGK : (Nat.card G).Coprime (Nat.card K)
hc : ¬Nat.card G = 0
this : Finite G
ϕ : K →* ZMod (Nat.card G) := MulDistribMulAction.toMonoidHomZModOfIsCyclic G K ⋯
h : ∀ (g : G) (k : K) (n : ℤ), ϕ k - 1 = ↑n → k • g * g⁻¹ = g ^ n
hG : ∀ (k : K), ϕ k = 1 ∨ IsUnit (ϕ k - 1)
k : K
hk : ¬ϕ k = 1
u v : ZMod (Nat.card G)
hvu : v.cast * u.cast ≡ 1 [ZMOD ↑(Nat.card G)]
hu : ↑u.cast = ϕ k - 1
⊢ (∀ (g : G) (k : K), k • g * g⁻¹ = 1) ∨ ∀ (g : G), ∃ k q, k • q * q⁻¹ = g

Proof state:
case neg
G : Type u_1
inst✝⁴ : Group G
p : ℕ
inst✝³ : Fact (Nat.Prime p)
inst✝² : IsCyclic G
K : Type u_4
inst✝¹ : Group K
inst✝ : MulDistribMulAction K G
hGK : (Nat.card G).Coprime (Nat.card K)
hc : ¬Nat.card G = 0
this : Finite G
ϕ : K →* ZMod (Nat.card G) := MulDistribMulAction.toMonoidHomZModOfIsCyclic G K ⋯
h : ∀ (g : G) (k : K) (n : ℤ), ϕ k - 1 = ↑n → k • g * g⁻¹ = g ^ n
hG : ∀ (k : K), ϕ k = 1 ∨ IsUnit (ϕ k - 1)
⊢ (∀ (g : G) (k : K), k • g * g⁻¹ = 1) ∨ ∀ (g : G), ∃ k q, k • q * q⁻¹ = g

Tactic:
rcases forall_or_exists_not (fun k : K ↦ ϕ k = 1) with hϕ | ⟨k, hk⟩

Result:
case neg.inl
G : Type u_1
inst✝⁴ : Group G
p : ℕ
inst✝³ : Fact (Nat.Prime p)
inst✝² : IsCyclic G
K : Type u_4
inst✝¹ : Group K
inst✝ : MulDistribMulAction K G
hGK : (Nat.card G).Coprime (Nat.card K)
hc : ¬Nat.card G = 0
this : Finite G
ϕ : K →* ZMod (Nat.card G) := MulDistribMulAction.toMonoidHomZModOfIsCyclic G K ⋯
h : ∀ (g : G) (k : K) (n : ℤ), ϕ k - 1 = ↑n → k • g * g⁻¹ = g ^ n
hG : ∀ (k : K), ϕ k = 1 ∨ IsUnit (ϕ k - 1)
hϕ : ∀ (a : K), ϕ a = 1
⊢ (∀ (g : G) (k : K), k • g * g⁻¹ = 1) ∨ ∀ (g : G), ∃ k q, k • q * q⁻¹ = g

case neg.inr.intro
G : Type u_1
inst✝⁴ : Group G
p : ℕ
inst✝³ : Fact (Nat.Prime p)
inst✝² : IsCyclic G
K : Type u_4
inst✝¹ : Group K
inst✝ : MulDistribMulAction K G
hGK : (Nat.card G).Coprime (Nat.card K)
hc : ¬Nat.card G = 0
this : Finite G
ϕ : K →* ZMod (Nat.card G) := MulDistribMulAction.toMonoidHomZModOfIsCyclic G K ⋯
h : ∀ (g : G) (k : K) (n : ℤ), ϕ k - 1 = ↑n → k • g * g⁻¹ = g ^ n
hG : ∀ (k : K), ϕ k = 1 ∨ IsUnit (ϕ k - 1)
k : K
hk : ¬ϕ k = 1
⊢ (∀ (g : G) (k : K), k • g * g⁻¹ = 1) ∨ ∀ (g : G), ∃ k q, k • q * q⁻¹ = g