-- Mathlib/GroupTheory/Perm/Closure.lean
theorem closure_cycle_adjacent_swap {σ : Perm α} (h1 : IsCycle σ) (h2 : σ.support = univ) (x : α) :
    closure ({σ, swap x (σ x)} : Set (Perm α)) = ⊤

Proof state:
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
⊢ closure {σ, swap x (σ x)} = ⊤

Tactic:
let H := closure ({σ, swap x (σ x)} : Set (Perm α))

Result:
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
⊢ closure {σ, swap x (σ x)} = ⊤

Proof state:
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
step2 : ∀ (n : ℕ), swap x ((σ ^ n) x) ∈ H
⊢ closure {σ, swap x (σ x)} = ⊤

Tactic:
have step3 : ∀ y : α, swap x y ∈ H := by
  intro y
  have hx : x ∈ univ := Finset.mem_univ x
  rw [← h2, mem_support] at hx
  have hy : y ∈ univ := Finset.mem_univ y
  rw [← h2, mem_support] at hy
  obtain ⟨n, hn⟩ := IsCycle.exists_pow_eq h1 hx hy
  rw [← hn]
  exact step2 n

Result:
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
step2 : ∀ (n : ℕ), swap x ((σ ^ n) x) ∈ H
step3 : ∀ (y : α), swap x y ∈ H
⊢ closure {σ, swap x (σ x)} = ⊤

Proof state:
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
⊢ closure {σ, swap x (σ x)} = ⊤

Tactic:
have h4 : swap x (σ x) ∈ H := subset_closure (Set.mem_insert_of_mem _ (Set.mem_singleton _))

Result:
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
⊢ closure {σ, swap x (σ x)} = ⊤

Proof state:
case neg
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
step2 : ∀ (n : ℕ), swap x ((σ ^ n) x) ∈ H
step3 : ∀ (y : α), swap x y ∈ H
y z : α
h5 : ¬z = x
h6 : ¬z = y
⊢ swap x y * swap x z * swap x y ∈ H

Tactic:
exact H.mul_mem (H.mul_mem (step3 y) (step3 z)) (step3 y)

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
⊢ ∀ (n : ℕ), swap x ((σ ^ n) x) ∈ H

Tactic:
intro n

Result:
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
n : ℕ
⊢ swap x ((σ ^ n) x) ∈ H

Proof state:
case pos
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
n : ℕ
ih : swap x ((σ ^ n) x) ∈ H
h5 : x = (σ ^ n) x
⊢ swap x ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H

Tactic:
rw [pow_succ', mul_apply, ← h5]

Result:
case pos
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
n : ℕ
ih : swap x ((σ ^ n) x) ∈ H
h5 : x = (σ ^ n) x
⊢ swap x (σ x) ∈ H

Proof state:
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
step2 : ∀ (n : ℕ), swap x ((σ ^ n) x) ∈ H
y : α
hx : σ x ≠ x
hy : y ∈ univ
⊢ swap x y ∈ H

Tactic:
rw [← h2, mem_support] at hy

Result:
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
step2 : ∀ (n : ℕ), swap x ((σ ^ n) x) ∈ H
y : α
hx : σ x ≠ x
hy : σ y ≠ y
⊢ swap x y ∈ H

Proof state:
case pos
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
step2 : ∀ (n : ℕ), swap x ((σ ^ n) x) ∈ H
step3 : ∀ (y : α), swap x y ∈ H
y z : α
h5 : ¬z = x
h6 : z = y
⊢ Equiv.refl α ∈ H

Tactic:
exact H.one_mem

Result:
no goals

Proof state:
case neg
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
n : ℕ
ih : swap x ((σ ^ n) x) ∈ H
h5 : ¬x = (σ ^ n) x
h6 : ¬x = (σ ^ (n + 1)) x
⊢ swap x ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H

Tactic:
rw [swap_comm, ← swap_mul_swap_mul_swap h5 h6]

Result:
case neg
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
n : ℕ
ih : swap x ((σ ^ n) x) ∈ H
h5 : ¬x = (σ ^ n) x
h6 : ¬x = (σ ^ (n + 1)) x
⊢ swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) * swap x ((σ ^ n) x) * swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H

Proof state:
case pos
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
n : ℕ
ih : swap x ((σ ^ n) x) ∈ H
h5 : ¬x = (σ ^ n) x
h6 : x = (σ ^ (n + 1)) x
⊢ Equiv.refl α ∈ H

Tactic:
exact H.one_mem

Result:
no goals

Proof state:
case zero
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
⊢ Equiv.refl α ∈ H

Tactic:
convert H.one_mem

Result:
no goals

Proof state:
case pos
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
step2 : ∀ (n : ℕ), swap x ((σ ^ n) x) ∈ H
step3 : ∀ (y : α), swap x y ∈ H
y z : α
h5 : z = x
⊢ swap y z ∈ H

Tactic:
rw [h5, swap_comm]

Result:
case pos
α : Type u_2
inst✝¹ : DecidableEq α
inst✝ : Fintype α
σ : Perm α
h1 : σ.IsCycle
h2 : σ.support = univ
x : α
H : Subgroup (Perm α) := closure {σ, swap x (σ x)}
h3 : σ ∈ H
h4 : swap x (σ x) ∈ H
step1 : ∀ (n : ℕ), swap ((σ ^ n) x) ((σ ^ (n + 1)) x) ∈ H
step2 : ∀ (n : ℕ), swap x ((σ ^ n) x) ∈ H
step3 : ∀ (y : α), swap x y ∈ H
y z : α
h5 : z = x
⊢ swap x y ∈ H