-- Mathlib/NumberTheory/PythagoreanTriples.lean
theorem coprime_sq_sub_mul_of_even_odd {m n : ℤ} (h : Int.gcd m n = 1) (hm : m % 2 = 0)
    (hn : n % 2 = 1) : Int.gcd (m ^ 2 - n ^ 2) (2 * m * n) = 1

Proof state:
case intro.intro.intro.inl.inr
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
hpm : p ∣ m.natAbs
⊢ False

Tactic:
apply mt (Int.dvd_gcd (Int.natCast_dvd.mpr hpm)) hnp

Result:
case intro.intro.intro.inl.inr
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
hpm : p ∣ m.natAbs
⊢ ↑p ∣ n

Proof state:
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
⊢ ¬p ∣ 1

Tactic:
exact mt Nat.dvd_one.mp (Nat.Prime.ne_one hp)

Result:
no goals

Proof state:
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(n.gcd m)
hpn : p ∣ n.natAbs
⊢ m * m = m ^ 2 - n ^ 2 + n * n

Tactic:
ring

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.inl
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
⊢ False

Tactic:
rcases (Nat.Prime.dvd_mul hp).mp hp2m with hp2 | hpm

Result:
case intro.intro.intro.inl.inl
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2✝ : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
hp2 : p ∣ Int.natAbs 2
⊢ False

case intro.intro.intro.inl.inr
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
hpm : p ∣ m.natAbs
⊢ False

Proof state:
case intro.intro.intro
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
⊢ False

Tactic:
have hnp : ¬(p : ℤ) ∣ Int.gcd m n := by
  rw [h]
  norm_cast
  exact mt Nat.dvd_one.mp (Nat.Prime.ne_one hp)

Result:
case intro.intro.intro
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
⊢ False

Proof state:
case intro.intro.intro.inl.inl
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp2✝ : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
hp2 : p ∣ Int.natAbs 2
hp2' : p = 2
⊢ ¬-(1 % 2) % 2 = 0

Tactic:
decide

Result:
no goals

Proof state:
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
⊢ ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)

Tactic:
rw [h]

Result:
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
⊢ ¬↑p ∣ ↑1

Proof state:
case intro.intro.intro.inl.inl
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2✝ : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
hp2 : p ∣ Int.natAbs 2
⊢ False

Tactic:
have hp2' : p = 2 := (Nat.le_of_dvd zero_lt_two hp2).antisymm hp.two_le

Result:
case intro.intro.intro.inl.inl
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2✝ : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
hp2 : p ∣ Int.natAbs 2
hp2' : p = 2
⊢ False

Proof state:
case intro.intro.intro.inr
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(n.gcd m)
hpn : p ∣ n.natAbs
⊢ ↑p ∣ m * m

Tactic:
rw [(by ring : m * m = m ^ 2 - n ^ 2 + n * n)]

Result:
case intro.intro.intro.inr
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(n.gcd m)
hpn : p ∣ n.natAbs
⊢ ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2 + n * n

Proof state:
case intro.intro.intro.inr
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(n.gcd m)
hpn : p ∣ n.natAbs
⊢ ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2 + n * n

Tactic:
apply dvd_add hp1

Result:
case intro.intro.intro.inr
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(n.gcd m)
hpn : p ∣ n.natAbs
⊢ ↑p ∣ n * n

Proof state:
case intro.intro.intro.inl.inl
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp2✝ : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
hp2 : p ∣ Int.natAbs 2
hp2' : p = 2
⊢ ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2 → False

Tactic:
rw [hp2']

Result:
case intro.intro.intro.inl.inl
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp2✝ : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
hp2 : p ∣ Int.natAbs 2
hp2' : p = 2
⊢ ↑2 ∣ m ^ 2 - n ^ 2 → False

Proof state:
case intro.intro.intro.inl.inl
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp2✝ : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
hp2 : p ∣ Int.natAbs 2
hp2' : p = 2
⊢ ¬(m ^ 2 - n ^ 2) % ↑2 = 0

Tactic:
simp only [sq, Nat.cast_ofNat, Int.sub_emod, Int.mul_emod, hm, hn,
  mul_zero, EuclideanDomain.zero_mod, mul_one, zero_sub]

Result:
case intro.intro.intro.inl.inl
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp2✝ : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
hp2 : p ∣ Int.natAbs 2
hp2' : p = 2
⊢ ¬-(1 % 2) % 2 = 0

Proof state:
case intro.intro.intro.inl.inr
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
hpm : p ∣ m.natAbs
⊢ ↑p ∣ n ∨ ↑p ∣ n

Tactic:
apply Int.Prime.dvd_mul' hp

Result:
case intro.intro.intro.inl.inr
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hp2m : p ∣ Int.natAbs 2 * m.natAbs
hpm : p ∣ m.natAbs
⊢ ↑p ∣ n * n

Proof state:
case intro.intro.intro.inr
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(m.gcd n)
hpn : p ∣ n.natAbs
⊢ False

Tactic:
rw [Int.gcd_comm] at hnp

Result:
case intro.intro.intro.inr
m n : ℤ
h : m.gcd n = 1
hm : m % 2 = 0
hn : n % 2 = 1
H : ¬(m ^ 2 - n ^ 2).gcd (2 * m * n) = 1
p : ℕ
hp : Nat.Prime p
hp1 : ↑p ∣ m ^ 2 - n ^ 2
hp2 : ↑p ∣ 2 * m * n
hnp : ¬↑p ∣ ↑(n.gcd m)
hpn : p ∣ n.natAbs
⊢ False