Theorem: _private.Mathlib.GroupTheory.SchurZassenhaus.0.Subgroup.SchurZassenhausInduction.step2
File: Mathlib/GroupTheory/SchurZassenhaus.lean

Proof steps:
state_before: G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
⊢ K = ⊥ ∨ K = N
state_after: G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
⊢ K = ⊥ ∨ K = N
tactic: have : Function.Surjective (QuotientGroup.mk' K) := Quotient.surjective_Quotient_mk''
state_before: G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
⊢ K = ⊥ ∨ K = N
state_after: G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
h4 : ∀ (K : Subgroup G), K ⊔ N = ⊤ → K = ⊤
⊢ K = ⊥ ∨ K = N
tactic: have h4 := step1 h1 h2 h3
state_before: G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
h4 : ∀ (K : Subgroup G), K ⊔ N = ⊤ → K = ⊤
⊢ K = ⊥ ∨ K = N
state_after: G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
h4 : K ≠ ⊥ ∧ K ≠ N
⊢ ∃ K, K ⊔ N = ⊤ ∧ K ≠ ⊤
tactic: contrapose! h4
state_before: G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
h4 : K ≠ ⊥ ∧ K ≠ N
⊢ ∃ K, K ⊔ N = ⊤ ∧ K ≠ ⊤
state_after: G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
h4 : K ≠ ⊥ ∧ K ≠ N
h5 : Nat.card (G ⧸ K) < Nat.card G
⊢ ∃ K, K ⊔ N = ⊤ ∧ K ≠ ⊤
tactic: have h5 : Nat.card (G ⧸ K) < Nat.card G := by
    rw [← index_eq_card, ← K.index_mul_card]
    refine
      lt_mul_of_one_lt_right (Nat.pos_of_ne_zero index_ne_zero_of_finite)
        (K.one_lt_card_iff_ne_bot.mpr h4.1)
state_before: G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
h4 : K ≠ ⊥ ∧ K ≠ N
h5 : Nat.card (G ⧸ K) < Nat.card G
⊢ ∃ K, K ⊔ N = ⊤ ∧ K ≠ ⊤
state_after: G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
h4 : K ≠ ⊥ ∧ K ≠ N
h5 : Nat.card (G ⧸ K) < Nat.card G
h6 : (Nat.card ↥(map (QuotientGroup.mk' K) N)).Coprime (map (QuotientGroup.mk' K) N).index
⊢ ∃ K, K ⊔ N = ⊤ ∧ K ≠ ⊤
tactic: have h6 :
    (Nat.card (N.map (QuotientGroup.mk' K))).Coprime (N.map (QuotientGroup.mk' K)).index := by
    have index_map := N.index_map_eq this (by rwa [QuotientGroup.ker_mk'])
    have index_pos : 0 < N.index := Nat.pos_of_ne_zero index_ne_zero_of_finite
    rw [index_map]
    refine h1.coprime_dvd_left ?_
    rw [← Nat.mul_dvd_mul_iff_left index_pos, index_mul_card, ← index_map, index_mul_card]
    exact K.card_quotient_dvd_card
state_before: G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
h4 : K ≠ ⊥ ∧ K ≠ N
h5 : Nat.card (G ⧸ K) < Nat.card G
h6 : (Nat.card ↥(map (QuotientGroup.mk' K) N)).Coprime (map (QuotientGroup.mk' K) N).index
⊢ ∃ K, K ⊔ N = ⊤ ∧ K ≠ ⊤
state_after: case intro
G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
h4 : K ≠ ⊥ ∧ K ≠ N
h5 : Nat.card (G ⧸ K) < Nat.card G
h6 : (Nat.card ↥(map (QuotientGroup.mk' K) N)).Coprime (map (QuotientGroup.mk' K) N).index
H : Subgroup (G ⧸ K)
hH : (map (QuotientGroup.mk' K) N).IsComplement' H
⊢ ∃ K, K ⊔ N = ⊤ ∧ K ≠ ⊤
tactic: obtain ⟨H, hH⟩ := h2 (G ⧸ K) h5 h6
state_before: case intro
G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
h4 : K ≠ ⊥ ∧ K ≠ N
h5 : Nat.card (G ⧸ K) < Nat.card G
h6 : (Nat.card ↥(map (QuotientGroup.mk' K) N)).Coprime (map (QuotientGroup.mk' K) N).index
H : Subgroup (G ⧸ K)
hH : (map (QuotientGroup.mk' K) N).IsComplement' H
⊢ ∃ K, K ⊔ N = ⊤ ∧ K ≠ ⊤
state_after: case intro.refine_1
G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
h4 : K ≠ ⊥ ∧ K ≠ N
h5 : Nat.card (G ⧸ K) < Nat.card G
h6 : (Nat.card ↥(map (QuotientGroup.mk' K) N)).Coprime (map (QuotientGroup.mk' K) N).index
H : Subgroup (G ⧸ K)
hH : (map (QuotientGroup.mk' K) N).IsComplement' H
⊢ comap (QuotientGroup.mk' K) H ⊔ N = ⊤

case intro.refine_2
G : Type u
inst✝³ : Group G
inst✝² : Finite G
N : Subgroup G
inst✝¹ : N.Normal
h1 : (Nat.card ↥N).Coprime N.index
h2 :
  ∀ (G' : Type u) [inst : Group G'] [inst_1 : Finite G'],
    Nat.card G' < Nat.card G →
      ∀ {N' : Subgroup G'} [inst_2 : N'.Normal], (Nat.card ↥N').Coprime N'.index → ∃ H', N'.IsComplement' H'
h3 : ∀ (H : Subgroup G), ¬N.IsComplement' H
K : Subgroup G
inst✝ : K.Normal
hK : K ≤ N
this : Function.Surjective ⇑(QuotientGroup.mk' K)
h4 : K ≠ ⊥ ∧ K ≠ N
h5 : Nat.card (G ⧸ K) < Nat.card G
h6 : (Nat.card ↥(map (QuotientGroup.mk' K) N)).Coprime (map (QuotientGroup.mk' K) N).index
H : Subgroup (G ⧸ K)
hH : (map (QuotientGroup.mk' K) N).IsComplement' H
⊢ comap (QuotientGroup.mk' K) H ≠ ⊤
tactic: refine ⟨H.comap (QuotientGroup.mk' K), ?_, ?_⟩