-- Mathlib/FieldTheory/Finite/Basic.lean
theorem card_cast_subgroup_card_ne_zero [Ring K] [NoZeroDivisors K] [Nontrivial K]
    (G : Subgroup Kˣ) [Fintype G] : (Fintype.card G : K) ≠ 0

Proof state:
case inr
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pzero : p = 0
⊢ False

Tactic:
exact (Fintype.card_pos).ne' <| Nat.eq_zero_of_zero_dvd <| pzero ▸ hd

Result:
no goals

Proof state:
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
x : ↥G
hx : orderOf x = p
u : K := ↑↑x
hu : orderOf u = p
⊢ (u - 1) ^ p = 0

Tactic:
rw [sub_pow_char_of_commute, one_pow, ← hu, pow_orderOf_eq_one, sub_self]

Result:
case h
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
x : ↥G
hx : orderOf x = p
u : K := ↑↑x
hu : orderOf u = p
⊢ Commute u 1

Proof state:
case inl
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
⊢ False

Tactic:
have ⟨x, hx⟩ := exists_prime_orderOf_dvd_card p hd

Result:
case inl
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
x : ↥G
hx : orderOf x = p
⊢ False

Proof state:
case inl
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
x : ↥G
hx : orderOf x = p
u : K := ↑↑x
⊢ False

Tactic:
have hu : orderOf u = p := by rwa [orderOf_units, Subgroup.orderOf_coe]

Result:
case inl
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
x : ↥G
hx : orderOf x = p
u : K := ↑↑x
hu : orderOf u = p
⊢ False

Proof state:
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
⊢ False

Tactic:
have hd : p ∣ n := (CharP.cast_eq_zero_iff K p n).mp nzero

Result:
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
⊢ False

Proof state:
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
⊢ False

Tactic:
have ⟨p, char_p⟩ := CharP.exists K

Result:
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
⊢ False

Proof state:
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
⊢ ↑(Fintype.card ↥G) ≠ 0

Tactic:
intro nzero

Result:
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
⊢ False

Proof state:
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
x : ↥G
hx : orderOf x = p
u : K := ↑↑x
hu : orderOf u = p
⊢ u = 1

Tactic:
rw [← sub_left_inj, sub_self 1]

Result:
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
x : ↥G
hx : orderOf x = p
u : K := ↑↑x
hu : orderOf u = p
⊢ u - 1 = 0

Proof state:
case inl
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
⊢ False

Tactic:
have fact_pprime := Fact.mk pprime

Result:
case inl
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
⊢ False

Proof state:
case inl
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
x : ↥G
hx : orderOf x = p
u : K := ↑↑x
hu : orderOf u = p
⊢ False

Tactic:
have h : u = 1 := by
  rw [← sub_left_inj, sub_self 1]
  apply pow_eq_zero (n := p)
  rw [sub_pow_char_of_commute, one_pow, ← hu, pow_orderOf_eq_one, sub_self]
  exact Commute.one_right u

Result:
case inl
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
x : ↥G
hx : orderOf x = p
u : K := ↑↑x
hu : orderOf u = p
h : u = 1
⊢ False

Proof state:
case inl
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
x : ↥G
hx : orderOf x = p
⊢ False

Tactic:
let u := ((x : Kˣ) : K)

Result:
case inl
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
x : ↥G
hx : orderOf x = p
u : K := ↑↑x
⊢ False

Proof state:
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
x : ↥G
hx : orderOf x = p
u : K := ↑↑x
hu : orderOf u = p
⊢ u - 1 = 0

Tactic:
apply pow_eq_zero (n := p)

Result:
K : Type u_1
inst✝³ : Ring K
inst✝² : NoZeroDivisors K
inst✝¹ : Nontrivial K
G : Subgroup Kˣ
inst✝ : Fintype ↥G
n : ℕ := Fintype.card ↥G
nzero : ↑(Fintype.card ↥G) = 0
p : ℕ
char_p : CharP K p
hd : p ∣ n
pprime : Nat.Prime p
fact_pprime : Fact (Nat.Prime p)
x : ↥G
hx : orderOf x = p
u : K := ↑↑x
hu : orderOf u = p
⊢ (u - 1) ^ p = 0