-- Mathlib/NumberTheory/FLT/Polynomial.lean
theorem Polynomial.flt
    {n : ℕ} (hn : 3 ≤ n) (chn : (n : k) ≠ 0)
    {a b c : k[X]} (ha : a ≠ 0) (hb : b ≠ 0) (hc : c ≠ 0)
    (hab : IsCoprime a b) (heq : a ^ n + b ^ n = c ^ n) :
    a.natDegree = 0 ∧ b.natDegree = 0 ∧ c.natDegree = 0

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
heq : 1 * a ^ n + 1 * b ^ n + -1 * c ^ n = 0
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
hneg_one : -1 = C (-1)
⊢ a.natDegree = 0 ∧ b.natDegree = 0 ∧ c.natDegree = 0

Tactic:
simp_rw [hneg_one, hone] at heq

Result:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
hneg_one : -1 = C (-1)
heq : C 1 * a ^ n + C 1 * b ^ n + C (-1) * c ^ n = 0
⊢ a.natDegree = 0 ∧ b.natDegree = 0 ∧ c.natDegree = 0

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
heq : a ^ n + b ^ n = c ^ n
hn' : 0 < n
⊢ a.natDegree = 0 ∧ b.natDegree = 0 ∧ c.natDegree = 0

Tactic:
rw [← sub_eq_zero, ← one_mul (a ^ n), ← one_mul (b ^ n), ← one_mul (c ^ n), sub_eq_add_neg,
  ← neg_mul] at heq

Result:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
heq : 1 * a ^ n + 1 * b ^ n + -1 * c ^ n = 0
hn' : 0 < n
⊢ a.natDegree = 0 ∧ b.natDegree = 0 ∧ c.natDegree = 0

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
hneg_one : -1 = C (-1)
heq : C 1 * a ^ n + C 1 * b ^ n + C (-1) * c ^ n = 0
eq_lhs : n * n + n * n + n * n = 3 * n * n
⊢ 3 * (n * n) ≤ n * (n * n)

Tactic:
exact Nat.mul_le_mul_right (n * n) hn

Result:
no goals

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
heq : 1 * a ^ n + 1 * b ^ n + -1 * c ^ n = 0
hn' : 0 < n
⊢ a.natDegree = 0 ∧ b.natDegree = 0 ∧ c.natDegree = 0

Tactic:
have hone : (1 : k[X]) = C 1 := by rfl

Result:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
heq : 1 * a ^ n + 1 * b ^ n + -1 * c ^ n = 0
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
⊢ a.natDegree = 0 ∧ b.natDegree = 0 ∧ c.natDegree = 0

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
heq : 1 * a ^ n + 1 * b ^ n + -1 * c ^ n = 0
hn' : 0 < n
⊢ 1 = C 1

Tactic:
rfl

Result:
no goals

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
hneg_one : -1 = C (-1)
heq : C 1 * a ^ n + C 1 * b ^ n + C (-1) * c ^ n = 0
eq_lhs : n * n + n * n + n * n = 3 * n * n
⊢ n * n + n * n + n * n ≤ n * n * n

Tactic:
rw [eq_lhs, mul_assoc, mul_assoc]

Result:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
hneg_one : -1 = C (-1)
heq : C 1 * a ^ n + C 1 * b ^ n + C (-1) * c ^ n = 0
eq_lhs : n * n + n * n + n * n = 3 * n * n
⊢ 3 * (n * n) ≤ n * (n * n)

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
heq : 1 * a ^ n + 1 * b ^ n + -1 * c ^ n = 0
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
⊢ -1 = C (-1)

Tactic:
simp only [map_neg, map_one]

Result:
no goals

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
heq : a ^ n + b ^ n = c ^ n
⊢ a.natDegree = 0 ∧ b.natDegree = 0 ∧ c.natDegree = 0

Tactic:
have hn' : 0 < n := by linarith

Result:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
heq : a ^ n + b ^ n = c ^ n
hn' : 0 < n
⊢ a.natDegree = 0 ∧ b.natDegree = 0 ∧ c.natDegree = 0

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
hneg_one : -1 = C (-1)
heq : C 1 * a ^ n + C 1 * b ^ n + C (-1) * c ^ n = 0
⊢ a.natDegree = 0 ∧ b.natDegree = 0 ∧ c.natDegree = 0

Tactic:
apply flt_catalan hn' hn' hn' _
  chn chn chn ha hb hc hab one_ne_zero one_ne_zero (neg_ne_zero.mpr one_ne_zero) heq

Result:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
hneg_one : -1 = C (-1)
heq : C 1 * a ^ n + C 1 * b ^ n + C (-1) * c ^ n = 0
⊢ n * n + n * n + n * n ≤ n * n * n

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
heq : a ^ n + b ^ n = c ^ n
⊢ 0 < n

Tactic:
linarith

Result:
no goals

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
hneg_one : -1 = C (-1)
heq : C 1 * a ^ n + C 1 * b ^ n + C (-1) * c ^ n = 0
⊢ n * n + n * n + n * n ≤ n * n * n

Tactic:
have eq_lhs : n * n + n * n + n * n = 3 * n * n := by ring

Result:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
hneg_one : -1 = C (-1)
heq : C 1 * a ^ n + C 1 * b ^ n + C (-1) * c ^ n = 0
eq_lhs : n * n + n * n + n * n = 3 * n * n
⊢ n * n + n * n + n * n ≤ n * n * n

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
hneg_one : -1 = C (-1)
heq : C 1 * a ^ n + C 1 * b ^ n + C (-1) * c ^ n = 0
⊢ n * n + n * n + n * n = 3 * n * n

Tactic:
ring

Result:
no goals

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
heq : 1 * a ^ n + 1 * b ^ n + -1 * c ^ n = 0
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
⊢ a.natDegree = 0 ∧ b.natDegree = 0 ∧ c.natDegree = 0

Tactic:
have hneg_one : (-1 : k[X]) = C (-1) := by simp only [map_neg, map_one]

Result:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
n : ℕ
hn : 3 ≤ n
chn : ↑n ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
heq : 1 * a ^ n + 1 * b ^ n + -1 * c ^ n = 0
hn' : 0 < n
hone : 1 = C 1
hneg_one : -1 = C (-1)
⊢ a.natDegree = 0 ∧ b.natDegree = 0 ∧ c.natDegree = 0