-- Mathlib/RingTheory/Polynomial/Eisenstein/IsIntegral.lean
theorem mem_adjoin_of_smul_prime_smul_of_minpoly_isEisensteinAt {B : PowerBasis K L}
    (hp : Prime p) (hBint : IsIntegral R B.gen) {z : L} (hzint : IsIntegral R z)
    (hz : p • z ∈ adjoin R ({B.gen} : Set L)) (hei : (minpoly R B.gen).IsEisensteinAt 𝓟) :
    z ∈ adjoin R ({B.gen} : Set L)

Proof state:
case h
R : Type u
K : Type v
L : Type z
p : R
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : Field K
inst✝⁸ : Field L
inst✝⁷ : Algebra K L
inst✝⁶ : Algebra R L
inst✝⁵ : Algebra R K
inst✝⁴ : IsScalarTower R K L
inst✝³ : Algebra.IsSeparable K L
inst✝² : IsDomain R
inst✝¹ : IsFractionRing R K
inst✝ : IsIntegrallyClosed R
B : PowerBasis K L
hp : _root_.Prime p
hBint : IsIntegral R B.gen
z : L
hzint : IsIntegral R z
this✝ : Module.Finite K L
P : R[X] := minpoly R B.gen
hei : P.IsEisensteinAt (Submodule.span R {p})
hndiv : ¬p ^ 2 ∣ P.coeff 0
hP : P = minpoly R B.gen
n : ℕ
hn : B.dim = n.succ
this : NoZeroSMulDivisors R L
x✝ : L[X] := Polynomial.map (algebraMap R L) P
Q₁ : R[X]
Q : R[X] := Q₁ %ₘ P
hQ₁ : Q = Q₁ %ₘ P
hQzero : ¬Q = 0
j : ℕ
hj : j + 1 ∈ range (Q.natDegree + 1)
H : j + 1 + 1 ≤ P.natDegree
Hj : Q.natDegree + 1 = j + 1 + (Q.natDegree - j)
g : ℕ → R
hg : ∀ k ∈ range (j + 1), Q.coeff k • B.gen ^ k = (algebraMap R L) p * g k • B.gen ^ k
f : ℕ → L
hf :
  ∀ (i : ℕ),
    (Polynomial.map (algebraMap R L) (minpoly R B.gen)).natDegree ≤ i →
      f i ∈ adjoin R {B.gen} ∧ (algebraMap R L) p * f i = B.gen ^ i
hf₁ :
  ∀ k ∈ (range (Q.natDegree - j)).erase 0,
    Q.coeff (j + 1 + k) • B.gen ^ (j + 1 + k) * B.gen ^ (P.natDegree - (j + 2)) =
      (algebraMap R L) p * Q.coeff (j + 1 + k) • f (k + P.natDegree - 1)
hQ :
  (Algebra.norm K) ((algebraMap R L) (Q.coeff (j + 1)) * B.gen ^ (j + 1 + (P.natDegree - (j + 2)))) =
    (Algebra.norm K)
      (p • z * B.gen ^ (P.natDegree - (j + 2)) -
        (algebraMap R L) p *
          (∑ i ∈ (range (Q.natDegree - j)).erase 0, Q.coeff (j + 1 + i) • f (i + P.natDegree - 1) +
            ∑ i ∈ range (j + 1), g i • B.gen ^ i * B.gen ^ (P.natDegree - (j + 2))))
k : ℕ
hk : 0 ∈ (range (Q.natDegree - j)).erase 0
h : k = 0
⊢ False

Tactic:
simp at hk

Result:
no goals

Proof state:
case neg.hi
R : Type u
K : Type v
L : Type z
p : R
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : Field K
inst✝⁸ : Field L
inst✝⁷ : Algebra K L
inst✝⁶ : Algebra R L
inst✝⁵ : Algebra R K
inst✝⁴ : IsScalarTower R K L
inst✝³ : Algebra.IsSeparable K L
inst✝² : IsDomain R
inst✝¹ : IsFractionRing R K
inst✝ : IsIntegrallyClosed R
B : PowerBasis K L
hp : _root_.Prime p
hBint : IsIntegral R B.gen
z : L
hzint : IsIntegral R z
this✝ : Module.Finite K L
P : R[X] := minpoly R B.gen
hei : P.IsEisensteinAt (Submodule.span R {p})
hndiv : ¬p ^ 2 ∣ P.coeff 0
hP : P = minpoly R B.gen
n : ℕ
hn : B.dim = n.succ
this : NoZeroSMulDivisors R L
x✝ : L[X] := Polynomial.map (algebraMap R L) P
Q₁ : R[X]
Q : R[X] := Q₁ %ₘ P
hQ₁ : Q = Q₁ %ₘ P
hQ : (aeval B.gen) Q = p • z
hQzero : ¬Q = 0
j : ℕ
hind : ∀ m ≤ j, m ∈ range (Q.natDegree + 1) → p ∣ Q.coeff m
⊢ j + 1 ∈ range (Q.natDegree + 1) → p ∣ Q.coeff (j + 1)

Tactic:
intro hj

Result:
case neg.hi
R : Type u
K : Type v
L : Type z
p : R
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : Field K
inst✝⁸ : Field L
inst✝⁷ : Algebra K L
inst✝⁶ : Algebra R L
inst✝⁵ : Algebra R K
inst✝⁴ : IsScalarTower R K L
inst✝³ : Algebra.IsSeparable K L
inst✝² : IsDomain R
inst✝¹ : IsFractionRing R K
inst✝ : IsIntegrallyClosed R
B : PowerBasis K L
hp : _root_.Prime p
hBint : IsIntegral R B.gen
z : L
hzint : IsIntegral R z
this✝ : Module.Finite K L
P : R[X] := minpoly R B.gen
hei : P.IsEisensteinAt (Submodule.span R {p})
hndiv : ¬p ^ 2 ∣ P.coeff 0
hP : P = minpoly R B.gen
n : ℕ
hn : B.dim = n.succ
this : NoZeroSMulDivisors R L
x✝ : L[X] := Polynomial.map (algebraMap R L) P
Q₁ : R[X]
Q : R[X] := Q₁ %ₘ P
hQ₁ : Q = Q₁ %ₘ P
hQ : (aeval B.gen) Q = p • z
hQzero : ¬Q = 0
j : ℕ
hind : ∀ m ≤ j, m ∈ range (Q.natDegree + 1) → p ∣ Q.coeff m
hj : j + 1 ∈ range (Q.natDegree + 1)
⊢ p ∣ Q.coeff (j + 1)

Proof state:
case neg.hi.convert_2
R : Type u
K : Type v
L : Type z
p : R
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : Field K
inst✝⁸ : Field L
inst✝⁷ : Algebra K L
inst✝⁶ : Algebra R L
inst✝⁵ : Algebra R K
inst✝⁴ : IsScalarTower R K L
inst✝³ : Algebra.IsSeparable K L
inst✝² : IsDomain R
inst✝¹ : IsFractionRing R K
inst✝ : IsIntegrallyClosed R
B : PowerBasis K L
hp : _root_.Prime p
hBint : IsIntegral R B.gen
z : L
hzint : IsIntegral R z
this✝ : Module.Finite K L
P : R[X] := minpoly R B.gen
hei : P.IsEisensteinAt (Submodule.span R {p})
hndiv : ¬p ^ 2 ∣ P.coeff 0
hP : P = minpoly R B.gen
n : ℕ
hn : B.dim = n.succ
this : NoZeroSMulDivisors R L
x✝ : L[X] := Polynomial.map (algebraMap R L) P
Q₁ : R[X]
Q : R[X] := Q₁ %ₘ P
hQ₁ : Q = Q₁ %ₘ P
hQ : (aeval B.gen) Q = p • z
hQzero : ¬Q = 0
j : ℕ
hj : j + 1 ∈ range (Q.natDegree + 1)
H : j + 1 + 1 ≤ P.natDegree
Hj : Q.natDegree + 1 = j + 1 + (Q.natDegree - j)
g : ℕ → R
hg : ∀ k ∈ range (j + 1), Q.coeff k • B.gen ^ k = (algebraMap R L) p * g k • B.gen ^ k
f : ℕ → L
hf :
  ∀ (i : ℕ),
    (Polynomial.map (algebraMap R L) (minpoly R B.gen)).natDegree ≤ i →
      f i ∈ adjoin R {B.gen} ∧ (algebraMap R L) p * f i = B.gen ^ i
hf₁ :
  ∀ k ∈ (range (Q.natDegree - j)).erase 0,
    Q.coeff (j + 1 + k) • B.gen ^ (j + 1 + k) * B.gen ^ (P.natDegree - (j + 2)) =
      (algebraMap R L) p * Q.coeff (j + 1 + k) • f (k + P.natDegree - 1)
⊢ p ^ n.succ ∣ Q.coeff (j + 1) ^ n.succ * P.coeff 0 ^ n

Tactic:
suffices
    p ^ n.succ ∣ Q.coeff (succ j) ^ n.succ *
      (minpoly R B.gen).coeff 0 ^ (succ j + (P.natDegree - (j + 2))) by
  convert this
  rw [Nat.succ_eq_add_one, add_assoc, ← Nat.add_sub_assoc H, add_comm (j + 1),
    Nat.add_sub_add_left, ← Nat.add_sub_assoc, Nat.add_sub_add_left, hP, ←
    (minpoly.monic hBint).natDegree_map (algebraMap R K), ←
    minpoly.isIntegrallyClosed_eq_field_fractions' K hBint, natDegree_minpoly, hn, Nat.sub_one,
    Nat.pred_succ]
  omega

Result:
case neg.hi.convert_2
R : Type u
K : Type v
L : Type z
p : R
inst✝¹⁰ : CommRing R
inst✝⁹ : Field K
inst✝⁸ : Field L
inst✝⁷ : Algebra K L
inst✝⁶ : Algebra R L
inst✝⁵ : Algebra R K
inst✝⁴ : IsScalarTower R K L
inst✝³ : Algebra.IsSeparable K L
inst✝² : IsDomain R
inst✝¹ : IsFractionRing R K
inst✝ : IsIntegrallyClosed R
B : PowerBasis K L
hp : _root_.Prime p
hBint : IsIntegral R B.gen
z : L
hzint : IsIntegral R z
this✝ : Module.Finite K L
P : R[X] := minpoly R B.gen
hei : P.IsEisensteinAt (Submodule.span R {p})
hndiv : ¬p ^ 2 ∣ P.coeff 0
hP : P = minpoly R B.gen
n : ℕ
hn : B.dim = n.succ
this : NoZeroSMulDivisors R L
x✝ : L[X] := Polynomial.map (algebraMap R L) P
Q₁ : R[X]
Q : R[X] := Q₁ %ₘ P
hQ₁ : Q = Q₁ %ₘ P
hQ : (aeval B.gen) Q = p • z
hQzero : ¬Q = 0
j : ℕ
hj : j + 1 ∈ range (Q.natDegree + 1)
H : j + 1 + 1 ≤ P.natDegree
Hj : Q.natDegree + 1 = j + 1 + (Q.natDegree - j)
g : ℕ → R
hg : ∀ k ∈ range (j + 1), Q.coeff k • B.gen ^ k = (algebraMap R L) p * g k • B.gen ^ k
f : ℕ → L
hf :
  ∀ (i : ℕ),
    (Polynomial.map (algebraMap R L) (minpoly R B.gen)).natDegree ≤ i →
      f i ∈ adjoin R {B.gen} ∧ (algebraMap R L) p * f i = B.gen ^ i
hf₁ :
  ∀ k ∈ (range (Q.natDegree - j)).erase 0,
    Q.coeff (j + 1 + k) • B.gen ^ (j + 1 + k) * B.gen ^ (P.natDegree - (j + 2)) =
      (algebraMap R L) p * Q.coeff (j + 1 + k) • f (k + P.natDegree - 1)
⊢ p ^ n.succ ∣ Q.coeff j.succ ^ n.succ * (minpoly R B.gen).coeff 0 ^ (j.succ + (P.natDegree - (j + 2)))