-- Mathlib/RingTheory/Adjoin/PowerBasis.lean
theorem repr_gen_pow_isIntegral (hB : IsIntegral R B.gen) [IsDomain S]
    (hmin : minpoly S B.gen = (minpoly R B.gen).map (algebraMap R S)) (n : ℕ) :
    ∀ i, IsIntegral R (B.basis.repr (B.gen ^ n) i)

Proof state:
case neg
S : Type u_2
inst✝⁷ : CommRing S
R : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : Algebra R S
A : Type u_4
inst✝⁴ : CommRing A
inst✝³ : Algebra R A
inst✝² : Algebra S A
inst✝¹ : IsScalarTower R S A
B : PowerBasis S A
hB : IsIntegral R B.gen
inst✝ : IsDomain S
hmin : minpoly S B.gen = Polynomial.map (algebraMap R S) (minpoly R B.gen)
n : ℕ
i : Fin B.dim
Q : R[X] := X ^ n %ₘ minpoly R B.gen
this : B.gen ^ n = (aeval B.gen) Q
hQ : ¬Q = 0
hlt : Q.natDegree < B.dim
j : ℕ
hj : j < B.dim
⊢ IsIntegral R ((B.basis.repr (Q.coeff j • B.gen ^ j)) i)

Tactic:
rw [← Fin.val_mk hj, ← B.basis_eq_pow, Algebra.smul_def, IsScalarTower.algebraMap_apply R S A, ←
  Algebra.smul_def, LinearEquiv.map_smul]

Result:
case neg
S : Type u_2
inst✝⁷ : CommRing S
R : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : Algebra R S
A : Type u_4
inst✝⁴ : CommRing A
inst✝³ : Algebra R A
inst✝² : Algebra S A
inst✝¹ : IsScalarTower R S A
B : PowerBasis S A
hB : IsIntegral R B.gen
inst✝ : IsDomain S
hmin : minpoly S B.gen = Polynomial.map (algebraMap R S) (minpoly R B.gen)
n : ℕ
i : Fin B.dim
Q : R[X] := X ^ n %ₘ minpoly R B.gen
this : B.gen ^ n = (aeval B.gen) Q
hQ : ¬Q = 0
hlt : Q.natDegree < B.dim
j : ℕ
hj : j < B.dim
⊢ IsIntegral R (((algebraMap R S) (Q.coeff ↑⟨j, hj⟩) • B.basis.repr (B.basis ⟨j, hj⟩)) i)

Proof state:
S : Type u_2
inst✝⁷ : CommRing S
R : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : Algebra R S
A : Type u_4
inst✝⁴ : CommRing A
inst✝³ : Algebra R A
inst✝² : Algebra S A
inst✝¹ : IsScalarTower R S A
B : PowerBasis S A
hB : IsIntegral R B.gen
inst✝ : IsDomain S
hmin : minpoly S B.gen = Polynomial.map (algebraMap R S) (minpoly R B.gen)
n : ℕ
i : Fin B.dim
Q : R[X] := X ^ n %ₘ minpoly R B.gen
this : B.gen ^ n = (aeval B.gen) Q
⊢ IsIntegral R ((B.basis.repr (B.gen ^ n)) i)

Tactic:
by_cases hQ : Q = 0

Result:
case pos
S : Type u_2
inst✝⁷ : CommRing S
R : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : Algebra R S
A : Type u_4
inst✝⁴ : CommRing A
inst✝³ : Algebra R A
inst✝² : Algebra S A
inst✝¹ : IsScalarTower R S A
B : PowerBasis S A
hB : IsIntegral R B.gen
inst✝ : IsDomain S
hmin : minpoly S B.gen = Polynomial.map (algebraMap R S) (minpoly R B.gen)
n : ℕ
i : Fin B.dim
Q : R[X] := X ^ n %ₘ minpoly R B.gen
this : B.gen ^ n = (aeval B.gen) Q
hQ : Q = 0
⊢ IsIntegral R ((B.basis.repr (B.gen ^ n)) i)

case neg
S : Type u_2
inst✝⁷ : CommRing S
R : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : Algebra R S
A : Type u_4
inst✝⁴ : CommRing A
inst✝³ : Algebra R A
inst✝² : Algebra S A
inst✝¹ : IsScalarTower R S A
B : PowerBasis S A
hB : IsIntegral R B.gen
inst✝ : IsDomain S
hmin : minpoly S B.gen = Polynomial.map (algebraMap R S) (minpoly R B.gen)
n : ℕ
i : Fin B.dim
Q : R[X] := X ^ n %ₘ minpoly R B.gen
this : B.gen ^ n = (aeval B.gen) Q
hQ : ¬Q = 0
⊢ IsIntegral R ((B.basis.repr (B.gen ^ n)) i)

Proof state:
case neg
S : Type u_2
inst✝⁷ : CommRing S
R : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : Algebra R S
A : Type u_4
inst✝⁴ : CommRing A
inst✝³ : Algebra R A
inst✝² : Algebra S A
inst✝¹ : IsScalarTower R S A
B : PowerBasis S A
hB : IsIntegral R B.gen
inst✝ : IsDomain S
hmin : minpoly S B.gen = Polynomial.map (algebraMap R S) (minpoly R B.gen)
n : ℕ
i : Fin B.dim
Q : R[X] := X ^ n %ₘ minpoly R B.gen
this : B.gen ^ n = (aeval B.gen) Q
hQ : ¬Q = 0
hlt : Q.natDegree < B.dim
j : ℕ
hj : j < B.dim
⊢ IsIntegral R (((algebraMap R S) (Q.coeff ↑⟨j, hj⟩) • B.basis.repr (B.basis ⟨j, hj⟩)) i)

Tactic:
simp only [algebraMap_smul, Finsupp.coe_smul, Pi.smul_apply, B.basis.repr_self_apply]

Result:
case neg
S : Type u_2
inst✝⁷ : CommRing S
R : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : Algebra R S
A : Type u_4
inst✝⁴ : CommRing A
inst✝³ : Algebra R A
inst✝² : Algebra S A
inst✝¹ : IsScalarTower R S A
B : PowerBasis S A
hB : IsIntegral R B.gen
inst✝ : IsDomain S
hmin : minpoly S B.gen = Polynomial.map (algebraMap R S) (minpoly R B.gen)
n : ℕ
i : Fin B.dim
Q : R[X] := X ^ n %ₘ minpoly R B.gen
this : B.gen ^ n = (aeval B.gen) Q
hQ : ¬Q = 0
hlt : Q.natDegree < B.dim
j : ℕ
hj : j < B.dim
⊢ IsIntegral R (Q.coeff j • if ⟨j, hj⟩ = i then 1 else 0)

Proof state:
S : Type u_2
inst✝⁷ : CommRing S
R : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : Algebra R S
A : Type u_4
inst✝⁴ : CommRing A
inst✝³ : Algebra R A
inst✝² : Algebra S A
inst✝¹ : IsScalarTower R S A
B : PowerBasis S A
hB : IsIntegral R B.gen
inst✝ : IsDomain S
hmin : minpoly S B.gen = Polynomial.map (algebraMap R S) (minpoly R B.gen)
n : ℕ
i : Fin B.dim
Q : R[X] := X ^ n %ₘ minpoly R B.gen
⊢ (aeval B.gen) (X ^ n %ₘ minpoly R B.gen + minpoly R B.gen * (X ^ n /ₘ minpoly R B.gen)) = (aeval B.gen) Q

Tactic:
simp [Q]

Result:
no goals

Proof state:
case neg
S : Type u_2
inst✝⁷ : CommRing S
R : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : Algebra R S
A : Type u_4
inst✝⁴ : CommRing A
inst✝³ : Algebra R A
inst✝² : Algebra S A
inst✝¹ : IsScalarTower R S A
B : PowerBasis S A
hB : IsIntegral R B.gen
inst✝ : IsDomain S
hmin : minpoly S B.gen = Polynomial.map (algebraMap R S) (minpoly R B.gen)
n : ℕ
i : Fin B.dim
Q : R[X] := X ^ n %ₘ minpoly R B.gen
this : B.gen ^ n = (aeval B.gen) Q
hQ : ¬Q = 0
hlt : Q.natDegree < B.dim
⊢ IsIntegral R (∑ k ∈ Finset.range B.dim, (B.basis.repr (Q.coeff k • B.gen ^ k)) i)

Tactic:
refine IsIntegral.sum _ fun j hj => ?_

Result:
case neg
S : Type u_2
inst✝⁷ : CommRing S
R : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : Algebra R S
A : Type u_4
inst✝⁴ : CommRing A
inst✝³ : Algebra R A
inst✝² : Algebra S A
inst✝¹ : IsScalarTower R S A
B : PowerBasis S A
hB : IsIntegral R B.gen
inst✝ : IsDomain S
hmin : minpoly S B.gen = Polynomial.map (algebraMap R S) (minpoly R B.gen)
n : ℕ
i : Fin B.dim
Q : R[X] := X ^ n %ₘ minpoly R B.gen
this : B.gen ^ n = (aeval B.gen) Q
hQ : ¬Q = 0
hlt : Q.natDegree < B.dim
j : ℕ
hj : j ∈ Finset.range B.dim
⊢ IsIntegral R ((B.basis.repr (Q.coeff j • B.gen ^ j)) i)

Proof state:
case neg
S : Type u_2
inst✝⁷ : CommRing S
R : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : Algebra R S
A : Type u_4
inst✝⁴ : CommRing A
inst✝³ : Algebra R A
inst✝² : Algebra S A
inst✝¹ : IsScalarTower R S A
B : PowerBasis S A
hB : IsIntegral R B.gen
inst✝ : IsDomain S
hmin : minpoly S B.gen = Polynomial.map (algebraMap R S) (minpoly R B.gen)
n : ℕ
i : Fin B.dim
Q : R[X] := X ^ n %ₘ minpoly R B.gen
this : B.gen ^ n = (aeval B.gen) Q
hQ : ¬Q = 0
hlt : Q.natDegree < B.dim
⊢ IsIntegral R ((B.basis.repr (B.gen ^ n)) i)

Tactic:
rw [this, aeval_eq_sum_range' hlt]

Result:
case neg
S : Type u_2
inst✝⁷ : CommRing S
R : Type u_3
inst✝⁶ : CommRing R
inst✝⁵ : Algebra R S
A : Type u_4
inst✝⁴ : CommRing A
inst✝³ : Algebra R A
inst✝² : Algebra S A
inst✝¹ : IsScalarTower R S A
B : PowerBasis S A
hB : IsIntegral R B.gen
inst✝ : IsDomain S
hmin : minpoly S B.gen = Polynomial.map (algebraMap R S) (minpoly R B.gen)
n : ℕ
i : Fin B.dim
Q : R[X] := X ^ n %ₘ minpoly R B.gen
this : B.gen ^ n = (aeval B.gen) Q
hQ : ¬Q = 0
hlt : Q.natDegree < B.dim
⊢ IsIntegral R ((B.basis.repr (∑ i ∈ Finset.range B.dim, Q.coeff i • B.gen ^ i)) i)