-- Mathlib/GroupTheory/Sylow.lean
theorem not_dvd_index_aux [hp : Fact p.Prime] (P : Sylow p G) [P.Normal]
    [P.FiniteIndex] : ¬ p ∣ P.index

Proof state:
case intro
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
⊢ False

Tactic:
let Q := (zpowers x).comap (QuotientGroup.mk' (P : Subgroup G))

Result:
case intro
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
Q : Subgroup G := comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
⊢ False

Proof state:
case intro
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
Q : Subgroup G := comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
hQ : IsPGroup p ↥Q
hp : ↑P < comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
⊢ False

Tactic:
exact hp.ne' (P.3 hQ hp.le)

Result:
no goals

Proof state:
case intro
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
Q : Subgroup G := comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
⊢ False

Tactic:
have hQ : IsPGroup p Q := by
  apply h.comap_of_ker_isPGroup
  rw [QuotientGroup.ker_mk']
  exact P.2

Result:
case intro
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
Q : Subgroup G := comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
hQ : IsPGroup p ↥Q
⊢ False

Proof state:
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h : p ∣ (↑P).index
⊢ False

Tactic:
rw [P.index_eq_card] at h

Result:
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
⊢ False

Proof state:
case intro
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
Q : Subgroup G := comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
hQ : IsPGroup p ↥Q
hp : ¬x = 1
⊢ False

Tactic:
rw [← zpowers_eq_bot, ← Ne, ← bot_lt_iff_ne_bot, ←
  comap_lt_comap_of_surjective (QuotientGroup.mk'_surjective _), MonoidHom.comap_bot,
  QuotientGroup.ker_mk'] at hp

Result:
case intro
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
Q : Subgroup G := comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
hQ : IsPGroup p ↥Q
hp : ↑P < comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
⊢ False

Proof state:
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
⊢ ¬p ∣ (↑P).index

Tactic:
intro h

Result:
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h : p ∣ (↑P).index
⊢ False

Proof state:
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
⊢ False

Tactic:
obtain ⟨x, hx⟩ := exists_prime_orderOf_dvd_card' (G := G ⧸ (P : Subgroup G)) p h

Result:
case intro
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
⊢ False

Proof state:
case hϕ
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
Q : Subgroup G := comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
⊢ IsPGroup p ↥↑P

Tactic:
exact P.2

Result:
no goals

Proof state:
case hϕ
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
Q : Subgroup G := comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
⊢ IsPGroup p ↥(QuotientGroup.mk' ↑P).ker

Tactic:
rw [QuotientGroup.ker_mk']

Result:
case hϕ
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
Q : Subgroup G := comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
⊢ IsPGroup p ↥↑P

Proof state:
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
Q : Subgroup G := comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
⊢ IsPGroup p ↥Q

Tactic:
apply h.comap_of_ker_isPGroup

Result:
case hϕ
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
Q : Subgroup G := comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
⊢ IsPGroup p ↥(QuotientGroup.mk' ↑P).ker

Proof state:
case intro
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
Q : Subgroup G := comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
hQ : IsPGroup p ↥Q
⊢ False

Tactic:
replace hp := mt orderOf_eq_one_iff.mpr (ne_of_eq_of_ne hx hp.1.ne_one)

Result:
case intro
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
Q : Subgroup G := comap (QuotientGroup.mk' ↑P) (zpowers x)
hQ : IsPGroup p ↥Q
hp : ¬x = 1
⊢ False

Proof state:
case intro
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
⊢ False

Tactic:
have h := IsPGroup.of_card (((Nat.card_zpowers x).trans hx).trans (pow_one p).symm)

Result:
case intro
p : ℕ
G : Type u_1
inst✝² : Group G
hp : Fact (Nat.Prime p)
P : Sylow p G
inst✝¹ : (↑P).Normal
inst✝ : (↑P).FiniteIndex
h✝ : p ∣ Nat.card (G ⧸ ↑P)
x : G ⧸ ↑P
hx : orderOf x = p
h : IsPGroup p ↥(zpowers x)
⊢ False