-- 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:
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
⊢ ∃ x, orderOf x = p

Tactic:
have hf3 : ∀ v, f p v = v := VectorsProdEqOne.rotate_length

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
⊢ ∃ 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 := ⋯ }
hσ : σ ^ p ^ 1 = 1
v₀ : ↑(vectorsProdEqOne G p) := ⟨Vector.replicate p 1, ⋯⟩
⊢ ∃ x, orderOf x = p

Tactic:
have hv₀ : σ v₀ = v₀ := Subtype.ext (Subtype.ext (List.rotate_replicate (1 : G) p 1))

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 : σ ^ p ^ 1 = 1
v₀ : ↑(vectorsProdEqOne G p) := ⟨Vector.replicate p 1, ⋯⟩
hv₀ : σ v₀ = v₀
⊢ ∃ 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
s : ↑(vectorsProdEqOne G p)
⊢ f 1 (f (p - 1) s) = s

Tactic:
rw [hf2, tsub_add_cancel_of_le hp.out.one_lt.le, hf3]

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
⊢ List.replicate p 1 = ↑↑v₀

Tactic:
simp only [v₀, Vector.replicate]

Result:
no goals

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 := ⋯ }
hσ : ∀ (k : ℕ) (v : ↑(vectorsProdEqOne G p)), (σ ^ k) v = f k v
v : ↑(vectorsProdEqOne G p)
⊢ (σ ^ p ^ 1) v = 1 v

Tactic:
rw [pow_one, hσ, hf3, one_apply]

Result:
no goals

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 := ⋯ }
hσ : σ ^ p ^ 1 = 1
⊢ ∃ x, orderOf x = p

Tactic:
let v₀ : vectorsProdEqOne G p :=
  ⟨Vector.replicate p 1, (List.prod_replicate p 1).trans (one_pow p)⟩

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 : σ ^ p ^ 1 = 1
v₀ : ↑(vectorsProdEqOne G p) := ⟨Vector.replicate p 1, ⋯⟩
⊢ ∃ 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
⊢ ∃ x, orderOf x = p

Tactic:
let σ :=
  Equiv.mk (f 1) (f (p - 1)) (fun s => by rw [hf2, add_tsub_cancel_of_le hp.out.one_lt.le, hf3])
    fun s => by rw [hf2, tsub_add_cancel_of_le hp.out.one_lt.le, hf3]

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 := ⋯ }
⊢ ∃ x, orderOf x = p