-- Mathlib/NumberTheory/FLT/Three.lean
/-- If `p : 𝓞 K` is a prime that divides both `S.a + η * S.b` and `S.a + η ^ 2 * S.b`, then `p`
is associated with `λ`. -/
lemma associated_of_dvd_a_add_eta_mul_b_of_dvd_a_add_eta_sq_mul_b {p : 𝓞 K} (hp : Prime p)
    (hpaηb : p ∣ S.a + η * S.b) (hpaηsqb : p ∣ S.a + η ^ 2 * S.b) : Associated p λ

Proof state:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ S.a + ↑η ^ 2 * S.b
⊢ p ∣ λ

Tactic:
rw [← one_mul S.a] at hpaηb

Result:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ S.a + ↑η ^ 2 * S.b
⊢ p ∣ λ

Proof state:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
⊢ p ∣ λ

Tactic:
have := dvd_mul_sub_mul_mul_gcd_of_dvd hpaηb hpaηsqb

Result:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
this : p ∣ (1 * ↑η ^ 2 - ↑η * 1) * gcd S.a S.b
⊢ p ∣ λ

Proof state:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
this : p ∣ ↑η ^ 2 - ↑η
⊢ 2 * ↑η ^ 2 + 3 * ↑η + 1 = λ

Tactic:
rw [eta_sq, coe_eta]

Result:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
this : p ∣ ↑η ^ 2 - ↑η
⊢ 2 * (-hζ.toInteger - 1) + 3 * hζ.toInteger + 1 = λ

Proof state:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
this : p ∣ (1 * ↑η ^ 2 - ↑η * 1) * gcd S.a S.b
⊢ p ∣ λ

Tactic:
rw [one_mul, mul_one, IsUnit.dvd_mul_right <| (gcd_isUnit_iff _ _).2 S.coprime] at this

Result:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
this : p ∣ ↑η ^ 2 - ↑η
⊢ p ∣ λ

Proof state:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
this : p ∣ ↑η ^ 2 - ↑η
⊢ (-↑η - 1 - ↑η) * (-↑η - 1) = 2 * ↑η ^ 2 + 3 * ↑η + 1

Tactic:
ring

Result:
no goals

Proof state:
case h.e'_4
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
this : p ∣ ↑η ^ 2 - ↑η
⊢ (↑η ^ 2 - ↑η) * ↑η * ↑η = λ

Tactic:
calc _ = (-η.1 - 1 - η) * (-η - 1) := by rw [eta_sq, mul_assoc, ← pow_two, eta_sq]
_ = 2 * η.1 ^ 2 + 3 * η + 1 := by ring
_ = λ := by rw [eta_sq, coe_eta]; ring

Result:
no goals

Proof state:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ S.a + ↑η ^ 2 * S.b
⊢ Associated p λ

Tactic:
suffices p_lam : p ∣ λ from hp.associated_of_dvd hζ.zeta_sub_one_prime' p_lam

Result:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ S.a + ↑η ^ 2 * S.b
⊢ p ∣ λ

Proof state:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
this : p ∣ ↑η ^ 2 - ↑η
⊢ p ∣ λ

Tactic:
convert (dvd_mul_of_dvd_left (dvd_mul_of_dvd_left this η) η) using 1

Result:
case h.e'_4
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
this : p ∣ ↑η ^ 2 - ↑η
⊢ λ = (↑η ^ 2 - ↑η) * ↑η * ↑η

Proof state:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
this : p ∣ ↑η ^ 2 - ↑η
⊢ (↑η ^ 2 - ↑η) * ↑η * ↑η = (-↑η - 1 - ↑η) * (-↑η - 1)

Tactic:
rw [eta_sq, mul_assoc, ← pow_two, eta_sq]

Result:
no goals

Proof state:
case h.e'_4
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
this : p ∣ ↑η ^ 2 - ↑η
⊢ λ = (↑η ^ 2 - ↑η) * ↑η * ↑η

Tactic:
symm

Result:
case h.e'_4
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
this : p ∣ ↑η ^ 2 - ↑η
⊢ (↑η ^ 2 - ↑η) * ↑η * ↑η = λ

Proof state:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ S.a + ↑η ^ 2 * S.b
⊢ p ∣ λ

Tactic:
rw [← one_mul S.a] at hpaηsqb

Result:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
⊢ p ∣ λ

Proof state:
K : Type u_1
inst✝² : Field K
ζ : K
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑3
S : Solution hζ
inst✝¹ : NumberField K
inst✝ : IsCyclotomicExtension {3} ℚ K
p : 𝓞 K
hp : Prime p
hpaηb : p ∣ 1 * S.a + ↑η * S.b
hpaηsqb : p ∣ 1 * S.a + ↑η ^ 2 * S.b
this : p ∣ ↑η ^ 2 - ↑η
⊢ 2 * (-hζ.toInteger - 1) + 3 * hζ.toInteger + 1 = λ

Tactic:
ring

Result:
no goals