-- Mathlib/Algebra/CharZero/Quotient.lean
theorem zsmul_mem_zmultiples_iff_exists_sub_div {r : R} {z : ℤ} (hz : z ≠ 0) :
    z • r ∈ AddSubgroup.zmultiples p ↔
      ∃ k : Fin z.natAbs, r - (k : ℕ) • (p / z : R) ∈ AddSubgroup.zmultiples p

Proof state:
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
⊢ (∃ k, k • p = z • r) ↔ ∃ k k_1, (z * k_1 + ↑↑k) • p = z • r

Tactic:
constructor

Result:
case mp
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
⊢ (∃ k, k • p = z • r) → ∃ k k_1, (z * k_1 + ↑↑k) • p = z • r

case mpr
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
⊢ (∃ k k_1, (z * k_1 + ↑↑k) • p = z • r) → ∃ k, k • p = z • r

Proof state:
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
⊢ (∃ k, k • p = z • r) ↔ ∃ k, r - ↑k • (p / ↑z) ∈ zmultiples p

Tactic:
simp_rw [AddSubgroup.mem_zmultiples_iff, div_eq_mul_inv, ← smul_mul_assoc, eq_sub_iff_add_eq]

Result:
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
⊢ (∃ k, k • p = z • r) ↔ ∃ k k_1, k_1 • p + ↑k • p * (↑z)⁻¹ = r

Proof state:
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
⊢ (∃ k, k • p = z • r) ↔ ∃ k k_1, k_1 • p + ↑k • p * (↑z)⁻¹ = r

Tactic:
conv_rhs => simp (config := { singlePass := true }) only [← (mul_right_injective₀ hz').eq_iff]

Result:
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
⊢ (∃ k, k • p = z • r) ↔ ∃ k k_1, ↑z * (k_1 • p + ↑k • p * (↑z)⁻¹) = ↑z * r

Proof state:
case mpr.intro.intro
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : Fin z.natAbs
n : ℤ
h : (z * n + ↑↑k) • p = z • r
⊢ ∃ k, k • p = z • r

Tactic:
exact ⟨_, h⟩

Result:
no goals

Proof state:
case mp.intro.refine_2
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ (z * (k / z) + k % z) • p = (z * (k / z) + k % z) • p

Tactic:
rfl

Result:
no goals

Proof state:
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
⊢ (∃ k, k • p = z • r) ↔ ∃ k k_1, k_1 • p + ↑k • p * (↑z)⁻¹ = r

Tactic:
have hz' : (z : R) ≠ 0 := Int.cast_ne_zero.mpr hz

Result:
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
⊢ (∃ k, k • p = z • r) ↔ ∃ k k_1, k_1 • p + ↑k • p * (↑z)⁻¹ = r

Proof state:
case mp.intro
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ ∃ k k_1, (z * k_1 + ↑↑k) • p = z • r

Tactic:
simp_rw [← h]

Result:
case mp.intro
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ ∃ k_1 k_2, (z * k_2 + ↑↑k_1) • p = k • p

Proof state:
case mp
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
⊢ (∃ k, k • p = z • r) → ∃ k k_1, (z * k_1 + ↑↑k) • p = z • r

Tactic:
rintro ⟨k, h⟩

Result:
case mp.intro
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ ∃ k k_1, (z * k_1 + ↑↑k) • p = z • r

Proof state:
case mp.intro.refine_1
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ (k % z).toNat < z.natAbs

Tactic:
rw [← Int.ofNat_lt, Int.toNat_of_nonneg (Int.emod_nonneg _ hz)]

Result:
case mp.intro.refine_1
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ k % z < ↑z.natAbs

Proof state:
case mp.intro
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ ∃ k_1 k_2, (z * k_2 + ↑↑k_1) • p = k • p

Tactic:
refine ⟨⟨(k % z).toNat, ?_⟩, k / z, ?_⟩

Result:
case mp.intro.refine_1
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ (k % z).toNat < z.natAbs

case mp.intro.refine_2
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ (z * (k / z) + ↑↑⟨(k % z).toNat, ?mp.intro.refine_1⟩) • p = k • p

Proof state:
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
⊢ z • r ∈ zmultiples p ↔ ∃ k, r - ↑k • (p / ↑z) ∈ zmultiples p

Tactic:
rw [AddSubgroup.mem_zmultiples_iff]

Result:
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
⊢ (∃ k, k • p = z • r) ↔ ∃ k, r - ↑k • (p / ↑z) ∈ zmultiples p

Proof state:
case mp.intro.refine_1
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ k % z < ↑z.natAbs

Tactic:
exact (Int.emod_lt _ hz).trans_eq (Int.abs_eq_natAbs _)

Result:
no goals

Proof state:
case mpr
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
⊢ (∃ k k_1, (z * k_1 + ↑↑k) • p = z • r) → ∃ k, k • p = z • r

Tactic:
rintro ⟨k, n, h⟩

Result:
case mpr.intro.intro
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : Fin z.natAbs
n : ℤ
h : (z * n + ↑↑k) • p = z • r
⊢ ∃ k, k • p = z • r

Proof state:
case mp.intro.refine_2
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ (z * (k / z) + ↑↑⟨(k % z).toNat, ⋯⟩) • p = k • p

Tactic:
rw [Fin.val_mk, Int.toNat_of_nonneg (Int.emod_nonneg _ hz)]

Result:
case mp.intro.refine_2
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ (z * (k / z) + k % z) • p = k • p

Proof state:
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
⊢ (∃ k, k • p = z • r) ↔ ∃ k k_1, ↑z * (k_1 • p + ↑k • p * (↑z)⁻¹) = ↑z * r

Tactic:
simp_rw [← zsmul_eq_mul, smul_add, ← mul_smul_comm, zsmul_eq_mul (z : R)⁻¹, mul_inv_cancel₀ hz',
  mul_one, ← natCast_zsmul, smul_smul, ← add_smul]

Result:
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
⊢ (∃ k, k • p = z • r) ↔ ∃ k k_1, (z * k_1 + ↑↑k) • p = z • r

Proof state:
case mp.intro.refine_2
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ (z * (k / z) + k % z) • p = k • p

Tactic:
nth_rewrite 3 [← Int.ediv_add_emod k z]

Result:
case mp.intro.refine_2
R : Type u_1
inst✝¹ : DivisionRing R
inst✝ : CharZero R
p r : R
z : ℤ
hz : z ≠ 0
hz' : ↑z ≠ 0
k : ℤ
h : k • p = z • r
⊢ (z * (k / z) + k % z) • p = (z * (k / z) + k % z) • p