-- Mathlib/RingTheory/UniqueFactorizationDomain/Basic.lean
theorem prime_factors_irreducible [CancelCommMonoidWithZero α] {a : α} {f : Multiset α}
    (ha : Irreducible a) (pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a) : ∃ p, a ~ᵤ p ∧ f = {p}

Proof state:
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
⊢ ∃ p, a ~ᵤ p ∧ f = {p}

Tactic:
haveI := Classical.decEq α

Result:
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
⊢ ∃ p, a ~ᵤ p ∧ f = {p}

Proof state:
case h
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
u : αˣ
a✝ : 1 ~ᵤ a → (∀ b ∈ 0, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ 0 = {p}
hu : p * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ 0, Prime b
hs0 : True
⊢ a ~ᵤ p ∧ p ::ₘ 0 = {p}

Tactic:
exact ⟨Associated.symm ⟨u, hu⟩, rfl⟩

Result:
no goals

Proof state:
case intro.refine_1
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
hs0 : ¬s = 0
q : α
hq : q ∈ s
⊢ ↑u * (p ::ₘ s).prod = ↑u * (p * s.prod)

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
case intro
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
hs0 : ¬s = 0
q : α
hq : q ∈ s
⊢ IsUnit q

Tactic:
refine (ha.isUnit_or_isUnit (?_ : _ = p * ↑u * (s.erase q).prod * _)).resolve_left ?_

Result:
case intro.refine_1
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
hs0 : ¬s = 0
q : α
hq : q ∈ s
⊢ a = p * ↑u * (s.erase q).prod * q

case intro.refine_2
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
hs0 : ¬s = 0
q : α
hq : q ∈ s
⊢ ¬IsUnit (p * ↑u * (s.erase q).prod)

Proof state:
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
⊢ s = 0

Tactic:
by_contra hs0

Result:
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
hs0 : ¬s = 0
⊢ False

Proof state:
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
hs0 : ¬s = 0
q : α
hq : q ∈ s
⊢ q ∈ p ::ₘ s

Tactic:
simp [hq]

Result:
no goals

Proof state:
case h
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
hs0 : s = 0
⊢ a ~ᵤ p ∧ p ::ₘ s = {p}

Tactic:
simp only [mul_one, Multiset.prod_cons, Multiset.prod_zero, hs0] at *

Result:
case h
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
u : αˣ
a✝ : 1 ~ᵤ a → (∀ b ∈ 0, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ 0 = {p}
hu : p * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ 0, Prime b
hs0 : True
⊢ a ~ᵤ p ∧ p ::ₘ 0 = {p}

Proof state:
case intro
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
hs0 : ¬s = 0
q : α
hq : q ∈ s
⊢ False

Tactic:
apply (hs q (by simp [hq])).2.1

Result:
case intro
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
hs0 : ¬s = 0
q : α
hq : q ∈ s
⊢ IsUnit q

Proof state:
case refine_2.intro
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
⊢ ∃ p_1, a ~ᵤ p_1 ∧ p ::ₘ s = {p_1}

Tactic:
use p

Result:
case h
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
⊢ a ~ᵤ p ∧ p ::ₘ s = {p}

Proof state:
case intro.refine_1
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
hs0 : ¬s = 0
q : α
hq : q ∈ s
⊢ a = p * ↑u * (s.erase q).prod * q

Tactic:
rw [mul_right_comm _ _ q, mul_assoc, ← Multiset.prod_cons, Multiset.cons_erase hq, ← hu,
  mul_comm, mul_comm p _, mul_assoc]

Result:
case intro.refine_1
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
hs0 : ¬s = 0
q : α
hq : q ∈ s
⊢ ↑u * (p ::ₘ s).prod = ↑u * (p * s.prod)

Proof state:
case intro.refine_2
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
hs0 : ¬s = 0
q : α
hq : q ∈ s
⊢ ¬IsUnit (p * ↑u * (s.erase q).prod)

Tactic:
apply mt isUnit_of_mul_isUnit_left (mt isUnit_of_mul_isUnit_left _)

Result:
α : Type u_1
inst✝ : CancelCommMonoidWithZero α
a : α
f : Multiset α
ha : Irreducible a
pfa : (∀ b ∈ f, Prime b) ∧ f.prod ~ᵤ a
this : DecidableEq α
p : α
s : Multiset α
a✝ : s.prod ~ᵤ a → (∀ b ∈ s, Prime b) → ∃ p, a ~ᵤ p ∧ s = {p}
u : αˣ
hu : (p ::ₘ s).prod * ↑u = a
hs : ∀ b ∈ p ::ₘ s, Prime b
hs0 : ¬s = 0
q : α
hq : q ∈ s
⊢ ¬IsUnit p