-- Mathlib/FieldTheory/Galois/Basic.lean
theorem of_separable_splitting_field [sp : p.IsSplittingField F E] (hp : p.Separable) :
    IsGalois F E

Proof state:
case ih
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
adjoin_root : adjoin F s = ⊤
P : IntermediateField F E → Prop := fun K => Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
K : IntermediateField F E
x : E
hx : x ∈ (p.aroots E).toFinset
hK : P K
⊢ P (IntermediateField.restrictScalars F (↥K)⟮x⟯)

Tactic:
simp only [P] at *

Result:
case ih
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
adjoin_root : adjoin F s = ⊤
P : IntermediateField F E → Prop := fun K => Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
K : IntermediateField F E
x : E
hx : x ∈ (p.aroots E).toFinset
hK : Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
⊢ Fintype.card (↥(IntermediateField.restrictScalars F (↥K)⟮x⟯) →ₐ[F] E) =
    finrank F ↥(IntermediateField.restrictScalars F (↥K)⟮x⟯)

Proof state:
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
⊢ adjoin F s = ⊤

Tactic:
apply IntermediateField.toSubalgebra_injective

Result:
case a
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
⊢ (adjoin F s).toSubalgebra = ⊤.toSubalgebra

Proof state:
case base
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
adjoin_root : adjoin F s = ⊤
P : IntermediateField F E → Prop := fun K => Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
key : Polynomial.X.Separable → Polynomial.Splits (algebraMap F E) Polynomial.X → Fintype.card (↥F⟮0⟯ →ₐ[F] E) = 1
⊢ P ⊥

Tactic:
specialize key Polynomial.separable_X (Polynomial.splits_X (algebraMap F E))

Result:
case base
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
adjoin_root : adjoin F s = ⊤
P : IntermediateField F E → Prop := fun K => Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
key : Fintype.card (↥F⟮0⟯ →ₐ[F] E) = 1
⊢ P ⊥

Proof state:
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
adjoin_root : adjoin F s = ⊤
P : IntermediateField F E → Prop := fun K => Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
⊢ P (adjoin F s)

Tactic:
apply IntermediateField.induction_on_adjoin_finset _ P

Result:
case base
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
adjoin_root : adjoin F s = ⊤
P : IntermediateField F E → Prop := fun K => Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
⊢ P ⊥

case ih
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
adjoin_root : adjoin F s = ⊤
P : IntermediateField F E → Prop := fun K => Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
⊢ ∀ (K : IntermediateField F E), ∀ x ∈ (p.aroots E).toFinset, P K → P (IntermediateField.restrictScalars F (↥K)⟮x⟯)

Proof state:
case ih
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
adjoin_root : adjoin F s = ⊤
P : IntermediateField F E → Prop := fun K => Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
K : IntermediateField F E
x : E
hx : x ∈ (p.aroots E).toFinset
hK : Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
⊢ finrank F ↥(↥K)⟮x⟯ = finrank F ↥(IntermediateField.restrictScalars F (↥K)⟮x⟯)

Tactic:
symm

Result:
case ih
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
adjoin_root : adjoin F s = ⊤
P : IntermediateField F E → Prop := fun K => Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
K : IntermediateField F E
x : E
hx : x ∈ (p.aroots E).toFinset
hK : Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
⊢ finrank F ↥(IntermediateField.restrictScalars F (↥K)⟮x⟯) = finrank F ↥(↥K)⟮x⟯

Proof state:
case a
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
⊢ Algebra.adjoin F (p.rootSet E) ≤ (adjoin F s).toSubalgebra

Tactic:
apply IntermediateField.algebra_adjoin_le_adjoin

Result:
no goals

Proof state:
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
adjoin_root : adjoin F s = ⊤
⊢ IsGalois F E

Tactic:
let P : IntermediateField F E → Prop := fun K => Fintype.card (K →ₐ[F] E) = finrank F K

Result:
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
adjoin_root : adjoin F s = ⊤
P : IntermediateField F E → Prop := fun K => Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
⊢ IsGalois F E

Proof state:
case h
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this✝ : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
adjoin_root : adjoin F s = ⊤
P : IntermediateField F E → Prop := fun K => Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
this : P ⊤
⊢ Fintype.card (E ≃ₐ[F] E) = finrank F E

Tactic:
rw [← Eq.trans this (LinearEquiv.finrank_eq IntermediateField.topEquiv.toLinearEquiv)]

Result:
case h
F : Type u_1
inst✝² : Field F
E : Type u_2
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
p : F[X]
sp : Polynomial.IsSplittingField F E p
hp : p.Separable
hFE : FiniteDimensional F E
this✝ : DecidableEq E := Classical.decEq E
s : Set E := p.rootSet E
adjoin_root : adjoin F s = ⊤
P : IntermediateField F E → Prop := fun K => Fintype.card (↥K →ₐ[F] E) = finrank F ↥K
this : P ⊤
⊢ Fintype.card (E ≃ₐ[F] E) = Fintype.card (↥⊤ →ₐ[F] E)