-- Mathlib/GroupTheory/Perm/Cycle/Type.lean
theorem _root_.exists_prime_orderOf_dvd_card {G : Type*} [Group G] [Fintype G] (p : ℕ)
    [hp : Fact p.Prime] (hdvd : p ∣ Fintype.card G) : ∃ x : G, orderOf x = p

Proof state:
case intro.intro
G : Type u_3
inst✝¹ : Group G
inst✝ : Fintype G
p : ℕ
hp : Fact (Nat.Prime p)
hdvd : p ∣ Fintype.card G
hp' : p - 1 ≠ 0
Scard : p ∣ Fintype.card ↑(vectorsProdEqOne G p)
f : ℕ → ↑(vectorsProdEqOne G p) → ↑(vectorsProdEqOne G p) := fun k v => VectorsProdEqOne.rotate v k
hf1 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f 0 v = v
hf2 : ∀ (j k : ℕ) (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f k (f j v) = f (j + k) v
hf3 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f p v = v
σ : ↑(vectorsProdEqOne G p) ≃ ↑(vectorsProdEqOne G p) :=
  { toFun := f 1, invFun := f (p - 1), left_inv := ⋯, right_inv := ⋯ }
hσ : σ ^ p ^ 1 = 1
v₀ : ↑(vectorsProdEqOne G p) := ⟨Vector.replicate p 1, ⋯⟩
hv₀ : σ v₀ = v₀
v : ↑(vectorsProdEqOne G p)
hv1 : σ v = v
hv2 : v ≠ v₀
⊢ ∃ x, orderOf x = p

Tactic:
refine
  Exists.imp (fun g hg => orderOf_eq_prime ?_ fun hg' => hv2 ?_)
    (List.rotate_one_eq_self_iff_eq_replicate.mp (Subtype.ext_iff.mp (Subtype.ext_iff.mp hv1)))

Result:
case intro.intro.refine_1
G : Type u_3
inst✝¹ : Group G
inst✝ : Fintype G
p : ℕ
hp : Fact (Nat.Prime p)
hdvd : p ∣ Fintype.card G
hp' : p - 1 ≠ 0
Scard : p ∣ Fintype.card ↑(vectorsProdEqOne G p)
f : ℕ → ↑(vectorsProdEqOne G p) → ↑(vectorsProdEqOne G p) := fun k v => VectorsProdEqOne.rotate v k
hf1 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f 0 v = v
hf2 : ∀ (j k : ℕ) (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f k (f j v) = f (j + k) v
hf3 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f p v = v
σ : ↑(vectorsProdEqOne G p) ≃ ↑(vectorsProdEqOne G p) :=
  { toFun := f 1, invFun := f (p - 1), left_inv := ⋯, right_inv := ⋯ }
hσ : σ ^ p ^ 1 = 1
v₀ : ↑(vectorsProdEqOne G p) := ⟨Vector.replicate p 1, ⋯⟩
hv₀ : σ v₀ = v₀
v : ↑(vectorsProdEqOne G p)
hv1 : σ v = v
hv2 : v ≠ v₀
g : G
hg : ↑↑v = List.replicate (↑↑v).length g
⊢ g ^ p = 1

case intro.intro.refine_2
G : Type u_3
inst✝¹ : Group G
inst✝ : Fintype G
p : ℕ
hp : Fact (Nat.Prime p)
hdvd : p ∣ Fintype.card G
hp' : p - 1 ≠ 0
Scard : p ∣ Fintype.card ↑(vectorsProdEqOne G p)
f : ℕ → ↑(vectorsProdEqOne G p) → ↑(vectorsProdEqOne G p) := fun k v => VectorsProdEqOne.rotate v k
hf1 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f 0 v = v
hf2 : ∀ (j k : ℕ) (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f k (f j v) = f (j + k) v
hf3 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f p v = v
σ : ↑(vectorsProdEqOne G p) ≃ ↑(vectorsProdEqOne G p) :=
  { toFun := f 1, invFun := f (p - 1), left_inv := ⋯, right_inv := ⋯ }
hσ : σ ^ p ^ 1 = 1
v₀ : ↑(vectorsProdEqOne G p) := ⟨Vector.replicate p 1, ⋯⟩
hv₀ : σ v₀ = v₀
v : ↑(vectorsProdEqOne G p)
hv1 : σ v = v
hv2 : v ≠ v₀
g : G
hg : ↑↑v = List.replicate (↑↑v).length g
hg' : g = 1
⊢ v = v₀

Proof state:
case intro.intro.refine_1
G : Type u_3
inst✝¹ : Group G
inst✝ : Fintype G
p : ℕ
hp : Fact (Nat.Prime p)
hdvd : p ∣ Fintype.card G
hp' : p - 1 ≠ 0
Scard : p ∣ Fintype.card ↑(vectorsProdEqOne G p)
f : ℕ → ↑(vectorsProdEqOne G p) → ↑(vectorsProdEqOne G p) := fun k v => VectorsProdEqOne.rotate v k
hf1 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f 0 v = v
hf2 : ∀ (j k : ℕ) (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f k (f j v) = f (j + k) v
hf3 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f p v = v
σ : ↑(vectorsProdEqOne G p) ≃ ↑(vectorsProdEqOne G p) :=
  { toFun := f 1, invFun := f (p - 1), left_inv := ⋯, right_inv := ⋯ }
hσ : σ ^ p ^ 1 = 1
v₀ : ↑(vectorsProdEqOne G p) := ⟨Vector.replicate p 1, ⋯⟩
hv₀ : σ v₀ = v₀
v : ↑(vectorsProdEqOne G p)
hv1 : σ v = v
hv2 : v ≠ v₀
g : G
hg : ↑↑v = List.replicate (↑↑v).length g
⊢ g ^ p = 1

Tactic:
rw [← List.prod_replicate, ← v.1.2, ← hg, show v.val.val.prod = 1 from v.2]

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.refine_2
G : Type u_3
inst✝¹ : Group G
inst✝ : Fintype G
p : ℕ
hp : Fact (Nat.Prime p)
hdvd : p ∣ Fintype.card G
hp' : p - 1 ≠ 0
Scard : p ∣ Fintype.card ↑(vectorsProdEqOne G p)
f : ℕ → ↑(vectorsProdEqOne G p) → ↑(vectorsProdEqOne G p) := fun k v => VectorsProdEqOne.rotate v k
hf1 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f 0 v = v
hf2 : ∀ (j k : ℕ) (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f k (f j v) = f (j + k) v
hf3 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f p v = v
σ : ↑(vectorsProdEqOne G p) ≃ ↑(vectorsProdEqOne G p) :=
  { toFun := f 1, invFun := f (p - 1), left_inv := ⋯, right_inv := ⋯ }
hσ : σ ^ p ^ 1 = 1
v₀ : ↑(vectorsProdEqOne G p) := ⟨Vector.replicate p 1, ⋯⟩
hv₀ : σ v₀ = v₀
v : ↑(vectorsProdEqOne G p)
hv1 : σ v = v
hv2 : v ≠ v₀
g : G
hg : ↑↑v = List.replicate (↑↑v).length g
hg' : g = 1
⊢ v = v₀

Tactic:
rw [Subtype.ext_iff_val, Subtype.ext_iff_val, hg, hg', v.1.2]

Result:
case intro.intro.refine_2
G : Type u_3
inst✝¹ : Group G
inst✝ : Fintype G
p : ℕ
hp : Fact (Nat.Prime p)
hdvd : p ∣ Fintype.card G
hp' : p - 1 ≠ 0
Scard : p ∣ Fintype.card ↑(vectorsProdEqOne G p)
f : ℕ → ↑(vectorsProdEqOne G p) → ↑(vectorsProdEqOne G p) := fun k v => VectorsProdEqOne.rotate v k
hf1 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f 0 v = v
hf2 : ∀ (j k : ℕ) (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f k (f j v) = f (j + k) v
hf3 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f p v = v
σ : ↑(vectorsProdEqOne G p) ≃ ↑(vectorsProdEqOne G p) :=
  { toFun := f 1, invFun := f (p - 1), left_inv := ⋯, right_inv := ⋯ }
hσ : σ ^ p ^ 1 = 1
v₀ : ↑(vectorsProdEqOne G p) := ⟨Vector.replicate p 1, ⋯⟩
hv₀ : σ v₀ = v₀
v : ↑(vectorsProdEqOne G p)
hv1 : σ v = v
hv2 : v ≠ v₀
g : G
hg : ↑↑v = List.replicate (↑↑v).length g
hg' : g = 1
⊢ List.replicate p 1 = ↑↑v₀

Proof state:
G : Type u_3
inst✝¹ : Group G
inst✝ : Fintype G
p : ℕ
hp : Fact (Nat.Prime p)
hdvd : p ∣ Fintype.card G
⊢ ∃ x, orderOf x = p

Tactic:
have hp' : p - 1 ≠ 0 := mt tsub_eq_zero_iff_le.mp (not_le_of_lt hp.out.one_lt)

Result:
G : Type u_3
inst✝¹ : Group G
inst✝ : Fintype G
p : ℕ
hp : Fact (Nat.Prime p)
hdvd : p ∣ Fintype.card G
hp' : p - 1 ≠ 0
⊢ ∃ x, orderOf x = p

Proof state:
G : Type u_3
inst✝¹ : Group G
inst✝ : Fintype G
p : ℕ
hp : Fact (Nat.Prime p)
hdvd : p ∣ Fintype.card G
hp' : p - 1 ≠ 0
Scard : p ∣ Fintype.card ↑(vectorsProdEqOne G p)
⊢ ∃ x, orderOf x = p

Tactic:
let f : ℕ → vectorsProdEqOne G p → vectorsProdEqOne G p := fun k v =>
  VectorsProdEqOne.rotate v k

Result:
G : Type u_3
inst✝¹ : Group G
inst✝ : Fintype G
p : ℕ
hp : Fact (Nat.Prime p)
hdvd : p ∣ Fintype.card G
hp' : p - 1 ≠ 0
Scard : p ∣ Fintype.card ↑(vectorsProdEqOne G p)
f : ℕ → ↑(vectorsProdEqOne G p) → ↑(vectorsProdEqOne G p) := fun k v => VectorsProdEqOne.rotate v k
⊢ ∃ x, orderOf x = p

Proof state:
G : Type u_3
inst✝¹ : Group G
inst✝ : Fintype G
p : ℕ
hp : Fact (Nat.Prime p)
hdvd : p ∣ Fintype.card G
hp' : p - 1 ≠ 0
Scard : p ∣ Fintype.card ↑(vectorsProdEqOne G p)
f : ℕ → ↑(vectorsProdEqOne G p) → ↑(vectorsProdEqOne G p) := fun k v => VectorsProdEqOne.rotate v k
hf1 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f 0 v = v
hf2 : ∀ (j k : ℕ) (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f k (f j v) = f (j + k) v
hf3 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f p v = v
σ : ↑(vectorsProdEqOne G p) ≃ ↑(vectorsProdEqOne G p) :=
  { toFun := f 1, invFun := f (p - 1), left_inv := ⋯, right_inv := ⋯ }
⊢ ∃ x, orderOf x = p

Tactic:
have hσ : ∀ k v, (σ ^ k) v = f k v := fun k =>
  Nat.rec (fun v => (hf1 v).symm) (fun k hk v => by
    rw [pow_succ, Perm.mul_apply, hk (σ v), Nat.succ_eq_one_add, ← hf2 1 k]
    simp only [σ, coe_fn_mk]) k

Result:
G : Type u_3
inst✝¹ : Group G
inst✝ : Fintype G
p : ℕ
hp : Fact (Nat.Prime p)
hdvd : p ∣ Fintype.card G
hp' : p - 1 ≠ 0
Scard : p ∣ Fintype.card ↑(vectorsProdEqOne G p)
f : ℕ → ↑(vectorsProdEqOne G p) → ↑(vectorsProdEqOne G p) := fun k v => VectorsProdEqOne.rotate v k
hf1 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f 0 v = v
hf2 : ∀ (j k : ℕ) (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f k (f j v) = f (j + k) v
hf3 : ∀ (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), f p v = v
σ : ↑(vectorsProdEqOne G p) ≃ ↑(vectorsProdEqOne G p) :=
  { toFun := f 1, invFun := f (p - 1), left_inv := ⋯, right_inv := ⋯ }
hσ : ∀ (k : ℕ) (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), (σ ^ k) v = f k v
⊢ ∃ x, orderOf x = p