-- Mathlib/GroupTheory/Perm/Cycle/Basic.lean
theorem cycle_zpow_mem_support_iff {g : Perm α}
    (hg : g.IsCycle) {n : ℤ} {x : α} (hx : g x ≠ x) :
    (g ^ n) x = x ↔ n % #g.support = 0

Proof state:
case pos
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
m : ℕ
hm : r = ↑m
div_euc : ↑m + ↑(orderOf g) * q = n ∧ m < orderOf g
this : (g ^ m) x = x ↔ g ^ m = 1
hm0 : m = 0
⊢ g ^ m = 1 ↔ m = 0

Tactic:
simp only [hm0, pow_zero, Nat.cast_zero]

Result:
no goals

Proof state:
case mpr
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
m : ℕ
hm : r = ↑m
div_euc : ↑m + ↑(orderOf g) * q = n ∧ m < orderOf g
⊢ g ^ m = 1 → (g ^ m) x = x

Tactic:
intro hgm

Result:
case mpr
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
m : ℕ
hm : r = ↑m
div_euc : ↑m + ↑(orderOf g) * q = n ∧ m < orderOf g
hgm : g ^ m = 1
⊢ (g ^ m) x = x

Proof state:
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
m : ℕ
hm : r = ↑m
div_euc : ↑m + ↑(orderOf g) * q = n ∧ m < orderOf g
⊢ (g ^ m) x = x ↔ g ^ m = 1

Tactic:
constructor

Result:
case mp
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
m : ℕ
hm : r = ↑m
div_euc : ↑m + ↑(orderOf g) * q = n ∧ m < orderOf g
⊢ (g ^ m) x = x → g ^ m = 1

case mpr
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
m : ℕ
hm : r = ↑m
div_euc : ↑m + ↑(orderOf g) * q = n ∧ m < orderOf g
⊢ g ^ m = 1 → (g ^ m) x = x

Proof state:
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
⊢ (g ^ n) x = x ↔ n % ↑(#g.support) = 0

Tactic:
set r := n % #g.support

Result:
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
⊢ (g ^ n) x = x ↔ r = 0

Proof state:
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
⊢ 0 < ↑(#g.support)

Tactic:
simp only [Int.natCast_pos]

Result:
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
⊢ 0 < #g.support

Proof state:
case intro
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
m : ℕ
hm : r = ↑m
div_euc : ↑m + ↑(orderOf g) * q = n ∧ m < orderOf g
this : (g ^ m) x = x ↔ g ^ m = 1
⊢ (g ^ m) x = x ↔ m = 0

Tactic:
rw [this]

Result:
case intro
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
m : ℕ
hm : r = ↑m
div_euc : ↑m + ↑(orderOf g) * q = n ∧ m < orderOf g
this : (g ^ m) x = x ↔ g ^ m = 1
⊢ g ^ m = 1 ↔ m = 0

Proof state:
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
⊢ (g ^ n) x = x ↔ n % ↑(#g.support) = 0

Tactic:
set q := n / #g.support

Result:
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
⊢ (g ^ n) x = x ↔ n % ↑(#g.support) = 0

Proof state:
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
⊢ 0 < #g.support

Tactic:
apply lt_of_lt_of_le _ (IsCycle.two_le_card_support hg)

Result:
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
⊢ 0 < 2

Proof state:
case intro
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
div_euc : r + ↑(orderOf g) * q = n ∧ 0 ≤ r ∧ r < ↑(orderOf g)
m : ℕ
hm : r = ↑m
⊢ (g ^ n) x = x ↔ r = 0

Tactic:
simp only [hm, Nat.cast_nonneg, Nat.cast_lt, true_and] at div_euc

Result:
case intro
α : Type u_2
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : DecidableEq α
g : Perm α
hg : g.IsCycle
n : ℤ
x : α
hx : g x ≠ x
q : ℤ := n / ↑(#g.support)
r : ℤ := n % ↑(#g.support)
m : ℕ
hm : r = ↑m
div_euc : ↑m + ↑(orderOf g) * q = n ∧ m < orderOf g
⊢ (g ^ n) x = x ↔ r = 0