-- Mathlib/NumberTheory/Cyclotomic/Discriminant.lean
theorem discr_prime_pow_ne_two [IsCyclotomicExtension {p ^ (k + 1)} K L] [hp : Fact (p : ℕ).Prime]
    (hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑(p ^ (k + 1))) (hirr : Irreducible (cyclotomic (↑(p ^ (k + 1)) : ℕ) K))
    (hk : p ^ (k + 1) ≠ 2) : discr K (hζ.powerBasis K).basis =
      (-1) ^ ((p ^ (k + 1) : ℕ).totient / 2) * p ^ ((p : ℕ) ^ k * ((p - 1) * (k + 1) - 1))

Proof state:
case e_a
p : ℕ+
k : ℕ
K : Type u
L : Type v
ζ : L
inst✝³ : Field K
inst✝² : Field L
inst✝¹ : Algebra K L
inst✝ : IsCyclotomicExtension {p ^ (k + 1)} K L
hp : Fact (Nat.Prime ↑p)
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑(p ^ (k + 1))
hirr : Irreducible (cyclotomic (↑(p ^ (k + 1))) K)
hk : p ^ (k + 1) ≠ 2
hne : NeZero ↑↑(p ^ (k + 1))
mf : Module.Finite K L
se : Algebra.IsSeparable K L
coe_two : ↑2 = 2
hp2 : p = 2 → k ≠ 0
H : derivative (cyclotomic (↑p ^ (k + 1)) K * (X ^ ↑p ^ k - 1)) = derivative (X ^ ↑p ^ (k + 1) - 1)
⊢ (Algebra.norm K) ((aeval ζ) (derivative (cyclotomic (↑p ^ (k + 1)) K))) = ↑↑p ^ (↑p ^ k * ((↑p - 1) * (k + 1) - 1))

Tactic:
rw [derivative_mul, derivative_sub, derivative_one, sub_zero, derivative_X_pow, C_eq_natCast,
  derivative_sub, derivative_one, sub_zero, derivative_X_pow, C_eq_natCast, ← PNat.pow_coe,
  hζ.minpoly_eq_cyclotomic_of_irreducible hirr] at H

Result:
case e_a
p : ℕ+
k : ℕ
K : Type u
L : Type v
ζ : L
inst✝³ : Field K
inst✝² : Field L
inst✝¹ : Algebra K L
inst✝ : IsCyclotomicExtension {p ^ (k + 1)} K L
hp : Fact (Nat.Prime ↑p)
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑(p ^ (k + 1))
hirr : Irreducible (cyclotomic (↑(p ^ (k + 1))) K)
hk : p ^ (k + 1) ≠ 2
hne : NeZero ↑↑(p ^ (k + 1))
mf : Module.Finite K L
se : Algebra.IsSeparable K L
coe_two : ↑2 = 2
hp2 : p = 2 → k ≠ 0
H :
  derivative (minpoly K ζ) * (X ^ ↑p ^ k - 1) + minpoly K ζ * (↑(↑p ^ k) * X ^ (↑p ^ k - 1)) =
    ↑↑(p ^ (k + 1)) * X ^ (↑(p ^ (k + 1)) - 1)
⊢ (Algebra.norm K) ((aeval ζ) (derivative (cyclotomic (↑p ^ (k + 1)) K))) = ↑↑p ^ (↑p ^ k * ((↑p - 1) * (k + 1) - 1))

Proof state:
case e_a.inl.intro.zero
K : Type u
L : Type v
ζ : L
inst✝³ : Field K
inst✝² : Field L
inst✝¹ : Algebra K L
mf : Module.Finite K L
se : Algebra.IsSeparable K L
coe_two : ↑2 = 2
hp : Fact (Nat.Prime ↑2)
inst✝ : IsCyclotomicExtension {2 ^ (succ 0 + 1)} K L
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑(2 ^ (succ 0 + 1))
hirr : Irreducible (cyclotomic (↑(2 ^ (succ 0 + 1))) K)
hk : 2 ^ (succ 0 + 1) ≠ 2
hne : NeZero ↑↑(2 ^ (succ 0 + 1))
hp2 : 2 = 2 → succ 0 ≠ 0
⊢ (-1) ^ (2 ^ 0 * (2 * 2 ^ 0 - 1)) = (-1) ^ 2 ^ 0

Tactic:
simp

Result:
no goals

Proof state:
p : ℕ+
k : ℕ
K : Type u
L : Type v
ζ : L
inst✝³ : Field K
inst✝² : Field L
inst✝¹ : Algebra K L
inst✝ : IsCyclotomicExtension {p ^ (k + 1)} K L
hp : Fact (Nat.Prime ↑p)
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑(p ^ (k + 1))
hirr : Irreducible (cyclotomic (↑(p ^ (k + 1))) K)
hk : p ^ (k + 1) ≠ 2
hne : NeZero ↑↑(p ^ (k + 1))
mf : Module.Finite K L
se : Algebra.IsSeparable K L
coe_two : ↑2 = 2
hp2✝ : p = 2 → k ≠ 0
hp2 : ↑p ≠ 2
hpo : Odd ↑p
a : ℕ
ha : ↑p - 1 = 2 * a
⊢ 1 ≤ ↑p ^ k * (↑p - 1)

Tactic:
exact one_le_mul (one_le_pow _ _ hp.1.pos) (succ_le_iff.2 <| tsub_pos_of_lt hp.1.one_lt)

Result:
no goals

Proof state:
p : ℕ+
k : ℕ
K : Type u
L : Type v
ζ : L
inst✝³ : Field K
inst✝² : Field L
inst✝¹ : Algebra K L
inst✝ : IsCyclotomicExtension {p ^ (k + 1)} K L
hp : Fact (Nat.Prime ↑p)
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑(p ^ (k + 1))
hirr : Irreducible (cyclotomic (↑(p ^ (k + 1))) K)
hk : p ^ (k + 1) ≠ 2
⊢ discr K ⇑(IsPrimitiveRoot.powerBasis K hζ).basis =
    (-1) ^ (φ (↑p ^ (k + 1)) / 2) * ↑↑p ^ (↑p ^ k * ((↑p - 1) * (k + 1) - 1))

Tactic:
haveI hne := IsCyclotomicExtension.neZero' (p ^ (k + 1)) K L

Result:
p : ℕ+
k : ℕ
K : Type u
L : Type v
ζ : L
inst✝³ : Field K
inst✝² : Field L
inst✝¹ : Algebra K L
inst✝ : IsCyclotomicExtension {p ^ (k + 1)} K L
hp : Fact (Nat.Prime ↑p)
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑(p ^ (k + 1))
hirr : Irreducible (cyclotomic (↑(p ^ (k + 1))) K)
hk : p ^ (k + 1) ≠ 2
hne : NeZero ↑↑(p ^ (k + 1))
⊢ discr K ⇑(IsPrimitiveRoot.powerBasis K hζ).basis =
    (-1) ^ (φ (↑p ^ (k + 1)) / 2) * ↑↑p ^ (↑p ^ k * ((↑p - 1) * (k + 1) - 1))

Proof state:
p : ℕ+
k : ℕ
K : Type u
L : Type v
ζ : L
inst✝³ : Field K
inst✝² : Field L
inst✝¹ : Algebra K L
inst✝ : IsCyclotomicExtension {p ^ (k + 1)} K L
hp : Fact (Nat.Prime ↑p)
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑(p ^ (k + 1))
hirr : Irreducible (cyclotomic (↑(p ^ (k + 1))) K)
hk : p ^ (k + 1) ≠ 2
hne : NeZero ↑↑(p ^ (k + 1))
mf : Module.Finite K L
⊢ discr K ⇑(IsPrimitiveRoot.powerBasis K hζ).basis =
    (-1) ^ (φ (↑p ^ (k + 1)) / 2) * ↑↑p ^ (↑p ^ k * ((↑p - 1) * (k + 1) - 1))

Tactic:
haveI se : Algebra.IsSeparable K L := (isGalois (p ^ (k + 1)) K L).to_isSeparable

Result:
p : ℕ+
k : ℕ
K : Type u
L : Type v
ζ : L
inst✝³ : Field K
inst✝² : Field L
inst✝¹ : Algebra K L
inst✝ : IsCyclotomicExtension {p ^ (k + 1)} K L
hp : Fact (Nat.Prime ↑p)
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑(p ^ (k + 1))
hirr : Irreducible (cyclotomic (↑(p ^ (k + 1))) K)
hk : p ^ (k + 1) ≠ 2
hne : NeZero ↑↑(p ^ (k + 1))
mf : Module.Finite K L
se : Algebra.IsSeparable K L
⊢ discr K ⇑(IsPrimitiveRoot.powerBasis K hζ).basis =
    (-1) ^ (φ (↑p ^ (k + 1)) / 2) * ↑↑p ^ (↑p ^ k * ((↑p - 1) * (k + 1) - 1))

Proof state:
case e_a.refine_1
p : ℕ+
k : ℕ
K : Type u
L : Type v
ζ : L
inst✝³ : Field K
inst✝² : Field L
inst✝¹ : Algebra K L
inst✝ : IsCyclotomicExtension {p ^ (k + 1)} K L
hp : Fact (Nat.Prime ↑p)
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑(p ^ (k + 1))
hirr : Irreducible (cyclotomic (↑(p ^ (k + 1))) K)
hk : p ^ (k + 1) ≠ 2
hne : NeZero ↑↑(p ^ (k + 1))
mf : Module.Finite K L
se : Algebra.IsSeparable K L
coe_two : ↑2 = 2
hp2 : p = 2 → k ≠ 0
H :
  (Algebra.norm K) ((aeval ζ) (derivative (cyclotomic (↑p ^ (k + 1)) K))) * ↑↑p ^ ↑p ^ k =
    ↑↑p ^ (↑p ^ k * (k.succ * (↑p - 1)).pred) * ↑↑p ^ ↑p ^ k
hnorm : (Algebra.norm K) (ζ ^ ↑p ^ k - 1) = ↑↑p ^ ↑p ^ k
this✝ : 0 < k.succ * (↑p - 1)
h : ↑↑p ^ ↑p ^ k = 0
this : ↑↑(p ^ (k + 1)) ≠ 0
⊢ False

Tactic:
rw [PNat.pow_coe, Nat.cast_pow, Ne, pow_eq_zero_iff (by omega)] at this

Result:
case e_a.refine_1
p : ℕ+
k : ℕ
K : Type u
L : Type v
ζ : L
inst✝³ : Field K
inst✝² : Field L
inst✝¹ : Algebra K L
inst✝ : IsCyclotomicExtension {p ^ (k + 1)} K L
hp : Fact (Nat.Prime ↑p)
hζ : IsPrimitiveRoot ζ ↑(p ^ (k + 1))
hirr : Irreducible (cyclotomic (↑(p ^ (k + 1))) K)
hk : p ^ (k + 1) ≠ 2
hne : NeZero ↑↑(p ^ (k + 1))
mf : Module.Finite K L
se : Algebra.IsSeparable K L
coe_two : ↑2 = 2
hp2 : p = 2 → k ≠ 0
H :
  (Algebra.norm K) ((aeval ζ) (derivative (cyclotomic (↑p ^ (k + 1)) K))) * ↑↑p ^ ↑p ^ k =
    ↑↑p ^ (↑p ^ k * (k.succ * (↑p - 1)).pred) * ↑↑p ^ ↑p ^ k
hnorm : (Algebra.norm K) (ζ ^ ↑p ^ k - 1) = ↑↑p ^ ↑p ^ k
this✝ : 0 < k.succ * (↑p - 1)
h : ↑↑p ^ ↑p ^ k = 0
this : ¬↑↑p = 0
⊢ False