-- Mathlib/NumberTheory/FLT/Polynomial.lean
theorem Polynomial.flt_catalan_deriv
    {p q r : ℕ} (hp : 0 < p) (hq : 0 < q) (hr : 0 < r)
    (hineq : q * r + r * p + p * q ≤ p * q * r)
    (chp : (p : k) ≠ 0) (chq : (q : k) ≠ 0) (chr : (r : k) ≠ 0)
    {a b c : k[X]} (ha : a ≠ 0) (hb : b ≠ 0) (hc : c ≠ 0)
    (hab : IsCoprime a b) {u v w : k} (hu : u ≠ 0) (hv : v ≠ 0) (hw : w ≠ 0)
    (heq : C u * a ^ p + C v * b ^ q + C w * c ^ r = 0) :
    derivative a = 0 ∧ derivative b = 0 ∧ derivative c = 0

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
p q r : ℕ
hp : 0 < p
hq : 0 < q
hr : 0 < r
hineq : q * r + r * p + p * q ≤ p * q * r
chp : ↑p ≠ 0
chq : ↑q ≠ 0
chr : ↑r ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
u v w : k
hu : u ≠ 0
hv : v ≠ 0
hw : w ≠ 0
heq : C u * a ^ p + C v * b ^ q + C w * c ^ r = 0
hbc : IsCoprime b c
hca : IsCoprime c a
hCu : C u ≠ 0
hCv : C v ≠ 0
⊢ derivative a = 0 ∧ derivative b = 0 ∧ derivative c = 0

Tactic:
have hCw := C_ne_zero.mpr hw

Result:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
p q r : ℕ
hp : 0 < p
hq : 0 < q
hr : 0 < r
hineq : q * r + r * p + p * q ≤ p * q * r
chp : ↑p ≠ 0
chq : ↑q ≠ 0
chr : ↑r ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
u v w : k
hu : u ≠ 0
hv : v ≠ 0
hw : w ≠ 0
heq : C u * a ^ p + C v * b ^ q + C w * c ^ r = 0
hbc : IsCoprime b c
hca : IsCoprime c a
hCu : C u ≠ 0
hCv : C v ≠ 0
hCw : C w ≠ 0
⊢ derivative a = 0 ∧ derivative b = 0 ∧ derivative c = 0

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
p q r : ℕ
hp : 0 < p
hq : 0 < q
hr : 0 < r
hineq : q * r + r * p + p * q ≤ p * q * r
chp : ↑p ≠ 0
chq : ↑q ≠ 0
chr : ↑r ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
u v w : k
hu : u ≠ 0
hv : v ≠ 0
hw : w ≠ 0
heq : C u * a ^ p + C v * b ^ q + C w * c ^ r = 0
hbc : IsCoprime b c
hca : IsCoprime c a
hCu : C u ≠ 0
hCv : C v ≠ 0
hCw : C w ≠ 0
hap : a ^ p ≠ 0
hbq : b ^ q ≠ 0
hcr : c ^ r ≠ 0
⊢ IsCoprime (a ^ p) (b ^ q)

Tactic:
exact hab.pow

Result:
no goals

Proof state:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
p q r : ℕ
hp : 0 < p
hq : 0 < q
hr : 0 < r
hineq : q * r + r * p + p * q ≤ p * q * r
chp : ↑p ≠ 0
chq : ↑q ≠ 0
chr : ↑r ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
u v w : k
hu : u ≠ 0
hv : v ≠ 0
hw : w ≠ 0
heq : C u * a ^ p + C v * b ^ q + C w * c ^ r = 0
⊢ derivative a = 0 ∧ derivative b = 0 ∧ derivative c = 0

Tactic:
have hbc : IsCoprime b c := by apply rot_coprime heq <;> assumption

Result:
k : Type u_1
inst✝ : Field k
p q r : ℕ
hp : 0 < p
hq : 0 < q
hr : 0 < r
hineq : q * r + r * p + p * q ≤ p * q * r
chp : ↑p ≠ 0
chq : ↑q ≠ 0
chr : ↑r ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
u v w : k
hu : u ≠ 0
hv : v ≠ 0
hw : w ≠ 0
heq : C u * a ^ p + C v * b ^ q + C w * c ^ r = 0
hbc : IsCoprime b c
⊢ derivative a = 0 ∧ derivative b = 0 ∧ derivative c = 0

Proof state:
case inl.intro.intro
k : Type u_1
inst✝ : Field k
p q r : ℕ
hp : 0 < p
hq : 0 < q
hr : 0 < r
hineq : q * r + r * p + p * q ≤ p * q * r
chp : ↑p ≠ 0
chq : ↑q ≠ 0
chr : ↑r ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
u v w : k
hu : u ≠ 0
hv : v ≠ 0
hw : w ≠ 0
heq : C u * a ^ p + C v * b ^ q + C w * c ^ r = 0
hbc : IsCoprime b c
hca : IsCoprime c a
hCu : C u ≠ 0
hCv : C v ≠ 0
hCw : C w ≠ 0
hap : a ^ p ≠ 0
hbq : b ^ q ≠ 0
hcr : c ^ r ≠ 0
habp : IsCoprime (C u * a ^ p) (C v * b ^ q)
hbcp : IsCoprime (C v * b ^ q) (C w * c ^ r)
hcap : IsCoprime (C w * c ^ r) (C u * a ^ p)
habcp : IsCoprime (C u * a ^ p * (C v * b ^ q)) (C w * c ^ r)
hpa' : p * a.natDegree + 1 ≤ (radical (a * b * c)).natDegree
hqb' : q * b.natDegree + 1 ≤ (radical (a * b * c)).natDegree
hrc' : r * c.natDegree + 1 ≤ (radical (a * b * c)).natDegree
hpa : p * a.natDegree < a.natDegree + b.natDegree + c.natDegree
hqb : q * b.natDegree < a.natDegree + b.natDegree + c.natDegree
hrc : r * c.natDegree < a.natDegree + b.natDegree + c.natDegree
⊢ derivative a = 0 ∧ derivative b = 0 ∧ derivative c = 0

Tactic:
exfalso

Result:
case inl.intro.intro
k : Type u_1
inst✝ : Field k
p q r : ℕ
hp : 0 < p
hq : 0 < q
hr : 0 < r
hineq : q * r + r * p + p * q ≤ p * q * r
chp : ↑p ≠ 0
chq : ↑q ≠ 0
chr : ↑r ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
u v w : k
hu : u ≠ 0
hv : v ≠ 0
hw : w ≠ 0
heq : C u * a ^ p + C v * b ^ q + C w * c ^ r = 0
hbc : IsCoprime b c
hca : IsCoprime c a
hCu : C u ≠ 0
hCv : C v ≠ 0
hCw : C w ≠ 0
hap : a ^ p ≠ 0
hbq : b ^ q ≠ 0
hcr : c ^ r ≠ 0
habp : IsCoprime (C u * a ^ p) (C v * b ^ q)
hbcp : IsCoprime (C v * b ^ q) (C w * c ^ r)
hcap : IsCoprime (C w * c ^ r) (C u * a ^ p)
habcp : IsCoprime (C u * a ^ p * (C v * b ^ q)) (C w * c ^ r)
hpa' : p * a.natDegree + 1 ≤ (radical (a * b * c)).natDegree
hqb' : q * b.natDegree + 1 ≤ (radical (a * b * c)).natDegree
hrc' : r * c.natDegree + 1 ≤ (radical (a * b * c)).natDegree
hpa : p * a.natDegree < a.natDegree + b.natDegree + c.natDegree
hqb : q * b.natDegree < a.natDegree + b.natDegree + c.natDegree
hrc : r * c.natDegree < a.natDegree + b.natDegree + c.natDegree
⊢ False

Proof state:
case inl
k : Type u_1
inst✝ : Field k
p q r : ℕ
hp : 0 < p
hq : 0 < q
hr : 0 < r
hineq : q * r + r * p + p * q ≤ p * q * r
chp : ↑p ≠ 0
chq : ↑q ≠ 0
chr : ↑r ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
u v w : k
hu : u ≠ 0
hv : v ≠ 0
hw : w ≠ 0
heq : C u * a ^ p + C v * b ^ q + C w * c ^ r = 0
hbc : IsCoprime b c
hca : IsCoprime c a
hCu : C u ≠ 0
hCv : C v ≠ 0
hCw : C w ≠ 0
hap : a ^ p ≠ 0
hbq : b ^ q ≠ 0
hcr : c ^ r ≠ 0
habp : IsCoprime (C u * a ^ p) (C v * b ^ q)
hbcp : IsCoprime (C v * b ^ q) (C w * c ^ r)
hcap : IsCoprime (C w * c ^ r) (C u * a ^ p)
habcp : IsCoprime (C u * a ^ p * (C v * b ^ q)) (C w * c ^ r)
nd_lt :
  (C u * a ^ p).natDegree + 1 ≤ (radical (C u * a ^ p * (C v * b ^ q) * (C w * c ^ r))).natDegree ∧
    (C v * b ^ q).natDegree + 1 ≤ (radical (C u * a ^ p * (C v * b ^ q) * (C w * c ^ r))).natDegree ∧
      (C w * c ^ r).natDegree + 1 ≤ (radical (C u * a ^ p * (C v * b ^ q) * (C w * c ^ r))).natDegree
⊢ derivative a = 0 ∧ derivative b = 0 ∧ derivative c = 0

Tactic:
simp_rw [radical_mul habcp, radical_mul habp,
  radical_mul_of_isUnit_left hu.isUnit_C,
  radical_mul_of_isUnit_left hv.isUnit_C,
  radical_mul_of_isUnit_left hw.isUnit_C,
  radical_pow a hp, radical_pow b hq, radical_pow c hr,
  natDegree_mul hCu hap,
  natDegree_mul hCv hbq,
  natDegree_mul hCw hcr,
  natDegree_C, natDegree_pow, zero_add,
  ← radical_mul hab,
  ← radical_mul (hca.symm.mul_left hbc)] at nd_lt

Result:
case inl
k : Type u_1
inst✝ : Field k
p q r : ℕ
hp : 0 < p
hq : 0 < q
hr : 0 < r
hineq : q * r + r * p + p * q ≤ p * q * r
chp : ↑p ≠ 0
chq : ↑q ≠ 0
chr : ↑r ≠ 0
a b c : k[X]
ha : a ≠ 0
hb : b ≠ 0
hc : c ≠ 0
hab : IsCoprime a b
u v w : k
hu : u ≠ 0
hv : v ≠ 0
hw : w ≠ 0
heq : C u * a ^ p + C v * b ^ q + C w * c ^ r = 0
hbc : IsCoprime b c
hca : IsCoprime c a
hCu : C u ≠ 0
hCv : C v ≠ 0
hCw : C w ≠ 0
hap : a ^ p ≠ 0
hbq : b ^ q ≠ 0
hcr : c ^ r ≠ 0
habp : IsCoprime (C u * a ^ p) (C v * b ^ q)
hbcp : IsCoprime (C v * b ^ q) (C w * c ^ r)
hcap : IsCoprime (C w * c ^ r) (C u * a ^ p)
habcp : IsCoprime (C u * a ^ p * (C v * b ^ q)) (C w * c ^ r)
nd_lt :
  p * a.natDegree + 1 ≤ (radical (a * b * c)).natDegree ∧
    q * b.natDegree + 1 ≤ (radical (a * b * c)).natDegree ∧ r * c.natDegree + 1 ≤ (radical (a * b * c)).natDegree
⊢ derivative a = 0 ∧ derivative b = 0 ∧ derivative c = 0