-- Mathlib/GroupTheory/SchurZassenhaus.lean
theorem step1 (K : Subgroup G) (hK : K ⊔ N = ⊤) : K = ⊤

Proof state:
G : Type u
inst✝² : Group G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
inst✝ : Finite G
K : Subgroup G
hK : K ⊔ N = ⊤
h3 : K ≠ ⊤
⊢ (comap K.subtype N).index = N.relindex (K ⊔ N)

Tactic:
exact (relindex_sup_right K N).symm

Result:
no goals

Proof state:
G : Type u
inst✝² : Group G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
inst✝ : Finite G
K : Subgroup G
hK : K ⊔ N = ⊤
h3 : K ≠ ⊤
⊢ (comap K.subtype N).index = N.index

Tactic:
rw [← N.relindex_top_right, ← hK]

Result:
G : Type u
inst✝² : Group G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
inst✝ : Finite G
K : Subgroup G
hK : K ⊔ N = ⊤
h3 : K ≠ ⊤
⊢ (comap K.subtype N).index = N.relindex (K ⊔ N)

Proof state:
G : Type u
inst✝² : Group G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
inst✝ : Finite G
K : Subgroup G
hK : K ⊔ N = ⊤
⊢ K = ⊤

Tactic:
contrapose! h3

Result:
G : Type u
inst✝² : Group G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
inst✝ : Finite G
K : Subgroup G
hK : K ⊔ N = ⊤
h3 : K ≠ ⊤
⊢ ∃ H, N.IsComplement' H

Proof state:
G : Type u
inst✝² : Group G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
inst✝ : Finite G
K : Subgroup G
hK : K ⊔ N = ⊤
h3 : K ≠ ⊤
h4 : (comap K.subtype N).index = N.index
h5 : Nat.card ↥K < Nat.card G
h6 : (Nat.card ↥(comap K.subtype N)).Coprime (comap K.subtype N).index
H : Subgroup ↥K
hH : Nat.card ↥(map K.subtype H) = N.index
h7 : Nat.card ↥N * Nat.card ↥(map K.subtype H) = Nat.card G
⊢ (Nat.card ↥N).Coprime (Nat.card ↥(map K.subtype H))

Tactic:
rwa [hH]

Result:
no goals

Proof state:
case intro
G : Type u
inst✝² : Group G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
inst✝ : Finite G
K : Subgroup G
hK : K ⊔ N = ⊤
h3 : K ≠ ⊤
h4 : (comap K.subtype N).index = N.index
h5 : Nat.card ↥K < Nat.card G
h6 : (Nat.card ↥(comap K.subtype N)).Coprime (comap K.subtype N).index
H : Subgroup ↥K
hH : Nat.card ↥(map K.subtype H) = N.index
h7 : Nat.card ↥N * Nat.card ↥(map K.subtype H) = Nat.card G
⊢ ∃ H, N.IsComplement' H

Tactic:
have h8 : (Nat.card N).Coprime (Nat.card (H.map K.subtype)) := by
  rwa [hH]

Result:
case intro
G : Type u
inst✝² : Group G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
inst✝ : Finite G
K : Subgroup G
hK : K ⊔ N = ⊤
h3 : K ≠ ⊤
h4 : (comap K.subtype N).index = N.index
h5 : Nat.card ↥K < Nat.card G
h6 : (Nat.card ↥(comap K.subtype N)).Coprime (comap K.subtype N).index
H : Subgroup ↥K
hH : Nat.card ↥(map K.subtype H) = N.index
h7 : Nat.card ↥N * Nat.card ↥(map K.subtype H) = Nat.card G
h8 : (Nat.card ↥N).Coprime (Nat.card ↥(map K.subtype H))
⊢ ∃ H, N.IsComplement' H

Proof state:
G : Type u
inst✝² : Group G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
inst✝ : Finite G
K : Subgroup G
hK : K ⊔ N = ⊤
h3 : K ≠ ⊤
h4 : (comap K.subtype N).index = N.index
h5 : Nat.card ↥K < Nat.card G
⊢ ∃ H, N.IsComplement' H

Tactic:
have h6 : Nat.Coprime (Nat.card (N.comap K.subtype)) (N.comap K.subtype).index := by
  rw [h4]
  exact h1.coprime_dvd_left (card_comap_dvd_of_injective N K.subtype Subtype.coe_injective)

Result:
G : Type u
inst✝² : Group G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
inst✝ : Finite G
K : Subgroup G
hK : K ⊔ N = ⊤
h3 : K ≠ ⊤
h4 : (comap K.subtype N).index = N.index
h5 : Nat.card ↥K < Nat.card G
h6 : (Nat.card ↥(comap K.subtype N)).Coprime (comap K.subtype N).index
⊢ ∃ H, N.IsComplement' H

Proof state:
case intro
G : Type u
inst✝² : Group G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
inst✝ : Finite G
K : Subgroup G
hK : K ⊔ N = ⊤
h3 : K ≠ ⊤
h4 : (comap K.subtype N).index = N.index
h5 : Nat.card ↥K < Nat.card G
h6 : (Nat.card ↥(comap K.subtype N)).Coprime (comap K.subtype N).index
H : Subgroup ↥K
hH : (comap K.subtype N).IsComplement' H
⊢ ∃ H, N.IsComplement' H

Tactic:
replace hH : Nat.card (H.map K.subtype) = N.index := by
  rw [← relindex_bot_left, ← relindex_comap, MonoidHom.comap_bot, Subgroup.ker_subtype,
    relindex_bot_left, ← IsComplement'.index_eq_card (IsComplement'.symm hH), index_comap,
    range_subtype, ← relindex_sup_right, hK, relindex_top_right]

Result:
case intro
G : Type u
inst✝² : Group G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
inst✝ : Finite G
K : Subgroup G
hK : K ⊔ N = ⊤
h3 : K ≠ ⊤
h4 : (comap K.subtype N).index = N.index
h5 : Nat.card ↥K < Nat.card G
h6 : (Nat.card ↥(comap K.subtype N)).Coprime (comap K.subtype N).index
H : Subgroup ↥K
hH : Nat.card ↥(map K.subtype H) = N.index
⊢ ∃ H, N.IsComplement' H

Proof state:
G : Type u
inst✝² : Group G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
inst✝ : Finite G
K : Subgroup G
hK : K ⊔ N = ⊤
h3 : K ≠ ⊤
h4 : (comap K.subtype N).index = N.index
h5 : Nat.card ↥K < Nat.card G
⊢ (Nat.card ↥(comap K.subtype N)).Coprime N.index

Tactic:
exact h1.coprime_dvd_left (card_comap_dvd_of_injective N K.subtype Subtype.coe_injective)

Result:
no goals