-- Mathlib/GroupTheory/OrderOfElement.lean
theorem orderOf_eq_of_pow_and_pow_div_prime (hn : 0 < n) (hx : x ^ n = 1)
    (hd : ∀ p : ℕ, p.Prime → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1) : orderOf x = n

Proof state:
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
a_min_fac_dvd_p_sub_one : a.minFac ∣ n
⊢ ∃ n, 0 < n ∧ x ^ n = 1

Tactic:
exact Exists.intro n (id ⟨hn, hx⟩)

Result:
no goals

Proof state:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
b : ℕ
hb : a = b * a.minFac
⊢ a.minFac ∣ n

Tactic:
rw [hb, ← mul_assoc] at ha

Result:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
h : ¬a = 1
b : ℕ
ha : n = orderOf x * b * a.minFac
hb : a = b * a.minFac
⊢ a.minFac ∣ n

Proof state:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
h : ¬a = 1
b : ℕ
ha : n = orderOf x * b * a.minFac
hb : a = b * a.minFac
⊢ a.minFac ∣ n

Tactic:
exact Dvd.intro_left (orderOf x * b) ha.symm

Result:
no goals

Proof state:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
a_min_fac_dvd_p_sub_one : a.minFac ∣ n
⊢ False

Tactic:
refine hd a.minFac (Nat.minFac_prime h) a_min_fac_dvd_p_sub_one ?_

Result:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
a_min_fac_dvd_p_sub_one : a.minFac ∣ n
⊢ x ^ (n / a.minFac) = 1

Proof state:
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
a_min_fac_dvd_p_sub_one : a.minFac ∣ n
⊢ IsOfFinOrder x

Tactic:
rw [isOfFinOrder_iff_pow_eq_one]

Result:
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
a_min_fac_dvd_p_sub_one : a.minFac ∣ n
⊢ ∃ n, 0 < n ∧ x ^ n = 1

Proof state:
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
⊢ orderOf x = n

Tactic:
obtain ⟨a, ha⟩ := exists_eq_mul_right_of_dvd (orderOf_dvd_of_pow_eq_one hx)

Result:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
⊢ orderOf x = n

Proof state:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
a_min_fac_dvd_p_sub_one : a.minFac ∣ n
⊢ a.minFac ∣ a

Tactic:
exact Nat.minFac_dvd a

Result:
no goals

Proof state:
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
⊢ a.minFac ∣ n

Tactic:
obtain ⟨b, hb⟩ : ∃ b : ℕ, a = b * a.minFac := exists_eq_mul_left_of_dvd a.minFac_dvd

Result:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
b : ℕ
hb : a = b * a.minFac
⊢ a.minFac ∣ n

Proof state:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
⊢ orderOf x = n

Tactic:
suffices a = 1 by simp [this, ha]

Result:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
⊢ a = 1

Proof state:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
⊢ False

Tactic:
have a_min_fac_dvd_p_sub_one : a.minFac ∣ n := by
  obtain ⟨b, hb⟩ : ∃ b : ℕ, a = b * a.minFac := exists_eq_mul_left_of_dvd a.minFac_dvd
  rw [hb, ← mul_assoc] at ha
  exact Dvd.intro_left (orderOf x * b) ha.symm

Result:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
a_min_fac_dvd_p_sub_one : a.minFac ∣ n
⊢ False

Proof state:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
⊢ a = 1

Tactic:
by_contra h

Result:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
⊢ False

Proof state:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
a_min_fac_dvd_p_sub_one : a.minFac ∣ n
⊢ x ^ (n / a.minFac) = 1

Tactic:
rw [← orderOf_dvd_iff_pow_eq_one, Nat.dvd_div_iff_mul_dvd a_min_fac_dvd_p_sub_one, ha, mul_comm,
  Nat.mul_dvd_mul_iff_left (IsOfFinOrder.orderOf_pos _)]

Result:
case intro
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
a_min_fac_dvd_p_sub_one : a.minFac ∣ n
⊢ a.minFac ∣ a

G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
h : ¬a = 1
a_min_fac_dvd_p_sub_one : a.minFac ∣ n
⊢ IsOfFinOrder x

Proof state:
G : Type u_1
inst✝ : Monoid G
x : G
n : ℕ
hn : 0 < n
hx : x ^ n = 1
hd : ∀ (p : ℕ), Nat.Prime p → p ∣ n → x ^ (n / p) ≠ 1
a : ℕ
ha : n = orderOf x * a
this : a = 1
⊢ orderOf x = n

Tactic:
simp [this, ha]

Result:
no goals