-- Mathlib/FieldTheory/KummerExtension.lean
theorem X_pow_sub_C_irreducible_of_odd
    {n : ℕ} (hn : Odd n) {a : K} (ha : ∀ p : ℕ, p.Prime → p ∣ n → ∀ b : K, b ^ p ≠ a) :
    Irreducible (X ^ n - C a)

Proof state:
case h₀
K : Type u
inst✝ : Field K
hn : Odd 0
a : K
ha : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ 0 → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a
⊢ Irreducible (X ^ 0 - C a)

Tactic:
simp [← Nat.not_even_iff_odd] at hn

Result:
no goals

Proof state:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝² : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
E : Type u
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra K E
x : E
hx : minpoly K x = X ^ p - C a
this : IsIntegral K x
⊢ ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : ↥K⟮x⟯), b ^ p ≠ AdjoinSimple.gen K x

Tactic:
intros q hq hqn b hb

Result:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝² : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
E : Type u
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra K E
x : E
hx : minpoly K x = X ^ p - C a
this : IsIntegral K x
q : ℕ
hq : Nat.Prime q
hqn : q ∣ n
b : ↥K⟮x⟯
hb : b ^ q = AdjoinSimple.gen K x
⊢ False

Proof state:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝² : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
E : Type u
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra K E
x : E
hx : minpoly K x = X ^ p - C a
this : IsIntegral K x
q : ℕ
hq : Nat.Prime q
hqn : q ∣ n
b : ↥K⟮x⟯
hb : b ^ q = AdjoinSimple.gen K x
⊢ False

Tactic:
apply ha q hq (dvd_mul_of_dvd_right hqn p) (Algebra.norm _ b)

Result:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝² : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
E : Type u
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra K E
x : E
hx : minpoly K x = X ^ p - C a
this : IsIntegral K x
q : ℕ
hq : Nat.Prime q
hqn : q ∣ n
b : ↥K⟮x⟯
hb : b ^ q = AdjoinSimple.gen K x
⊢ (Algebra.norm K) b ^ q = a

Proof state:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝² : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
E : Type u
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra K E
x : E
hx : minpoly K x = X ^ p - C a
this : IsIntegral K x
q : ℕ
hq : Nat.Prime q
hqn : q ∣ n
b : ↥K⟮x⟯
hb : b ^ q = AdjoinSimple.gen K x
⊢ (Algebra.norm K) b ^ q = a

Tactic:
rw [← map_pow, hb, ← adjoin.powerBasis_gen this,
  Algebra.PowerBasis.norm_gen_eq_coeff_zero_minpoly]

Result:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝² : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
E : Type u
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra K E
x : E
hx : minpoly K x = X ^ p - C a
this : IsIntegral K x
q : ℕ
hq : Nat.Prime q
hqn : q ∣ n
b : ↥K⟮x⟯
hb : b ^ q = AdjoinSimple.gen K x
⊢ (-1) ^ (adjoin.powerBasis this).dim * (minpoly K (adjoin.powerBasis this).gen).coeff 0 = a

Proof state:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝² : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
E : Type u
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra K E
x : E
hx : minpoly K x = X ^ p - C a
this : IsIntegral K x
⊢ Irreducible (X ^ n - C (AdjoinSimple.gen K x))

Tactic:
apply IH (Nat.odd_mul.mp hn).2

Result:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝² : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
E : Type u
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra K E
x : E
hx : minpoly K x = X ^ p - C a
this : IsIntegral K x
⊢ ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : ↥K⟮x⟯), b ^ p ≠ AdjoinSimple.gen K x

Proof state:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝ : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
⊢ ∀ (E : Type u) [inst : Field E] [inst_1 : Algebra K E] (x : E),
    minpoly K x = X ^ p - C a → Irreducible (X ^ n - C (AdjoinSimple.gen K x))

Tactic:
intro E _ _ x hx

Result:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝² : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
E : Type u
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra K E
x : E
hx : minpoly K x = X ^ p - C a
⊢ Irreducible (X ^ n - C (AdjoinSimple.gen K x))

Proof state:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝ : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
⊢ Irreducible (X ^ (n * p) - C a)

Tactic:
apply X_pow_mul_sub_C_irreducible
  (X_pow_sub_C_irreducible_of_prime hp (ha p hp (dvd_mul_right _ _)))

Result:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝ : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
⊢ ∀ (E : Type u) [inst : Field E] [inst_1 : Algebra K E] (x : E),
    minpoly K x = X ^ p - C a → Irreducible (X ^ n - C (AdjoinSimple.gen K x))

Proof state:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝² : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
E : Type u
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra K E
x : E
hx : minpoly K x = X ^ p - C a
⊢ Irreducible (X ^ n - C (AdjoinSimple.gen K x))

Tactic:
have : IsIntegral K x := not_not.mp fun h ↦ by
  simpa only [degree_zero, degree_X_pow_sub_C hp.pos,
    WithBot.natCast_ne_bot] using congr_arg degree (hx.symm.trans (dif_neg h))

Result:
case h
p n : ℕ
hp : Nat.Prime p
IH :
  ∀ {K : Type u} [inst : Field K],
    Odd n → ∀ {a : K}, (∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → ∀ (b : K), b ^ p ≠ a) → Irreducible (X ^ n - C a)
K : Type u
inst✝² : Field K
hn : Odd (p * n)
a : K
ha : ∀ (p_1 : ℕ), Nat.Prime p_1 → p_1 ∣ p * n → ∀ (b : K), b ^ p_1 ≠ a
E : Type u
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra K E
x : E
hx : minpoly K x = X ^ p - C a
this : IsIntegral K x
⊢ Irreducible (X ^ n - C (AdjoinSimple.gen K x))