Theorem: Group.card_pow_eq_card_pow_card_univ
File: Mathlib/Data/Set/Pointwise/Finite.lean

Proof steps:
state_before: F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
⊢ ∀ (k : ℕ), Fintype.card G ≤ k → Fintype.card ↑(S ^ k) = Fintype.card ↑(S ^ Fintype.card G)
state_after: F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
⊢ ∀ (k : ℕ), Fintype.card G ≤ k → Fintype.card ↑(S ^ k) = Fintype.card ↑(S ^ Fintype.card G)
tactic: have hG : 0 < Fintype.card G := Fintype.card_pos
state_before: F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
⊢ ∀ (k : ℕ), Fintype.card G ≤ k → Fintype.card ↑(S ^ k) = Fintype.card ↑(S ^ Fintype.card G)
state_after: case inl
F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
hG : 0 < Fintype.card G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ ∅ ^ k
⊢ ∀ (k : ℕ), Fintype.card G ≤ k → Fintype.card ↑(∅ ^ k) = Fintype.card ↑(∅ ^ Fintype.card G)

case inr.intro
F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
a : G
ha : a ∈ S
⊢ ∀ (k : ℕ), Fintype.card G ≤ k → Fintype.card ↑(S ^ k) = Fintype.card ↑(S ^ Fintype.card G)
tactic: rcases S.eq_empty_or_nonempty with (rfl | ⟨a, ha⟩)
state_before: case inr.intro
F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
a : G
ha : a ∈ S
⊢ ∀ (k : ℕ), Fintype.card G ≤ k → Fintype.card ↑(S ^ k) = Fintype.card ↑(S ^ Fintype.card G)
state_after: case inr.intro
F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
a : G
ha : a ∈ S
key :
  ∀ (a : G) (s t : Set G) [inst : Fintype ↑s] [inst_1 : Fintype ↑t],
    (∀ b ∈ s, b * a ∈ t) → Fintype.card ↑s ≤ Fintype.card ↑t
⊢ ∀ (k : ℕ), Fintype.card G ≤ k → Fintype.card ↑(S ^ k) = Fintype.card ↑(S ^ Fintype.card G)
tactic: have key : ∀ (a) (s t : Set G) [Fintype s] [Fintype t],
      (∀ b : G, b ∈ s → b * a ∈ t) → Fintype.card s ≤ Fintype.card t := by
    refine fun a s t _ _ h ↦ Fintype.card_le_of_injective (fun ⟨b, hb⟩ ↦ ⟨b * a, h b hb⟩) ?_
    rintro ⟨b, hb⟩ ⟨c, hc⟩ hbc
    exact Subtype.ext (mul_right_cancel (Subtype.ext_iff.mp hbc))
state_before: case inr.intro
F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
a : G
ha : a ∈ S
key :
  ∀ (a : G) (s t : Set G) [inst : Fintype ↑s] [inst_1 : Fintype ↑t],
    (∀ b ∈ s, b * a ∈ t) → Fintype.card ↑s ≤ Fintype.card ↑t
⊢ ∀ (k : ℕ), Fintype.card G ≤ k → Fintype.card ↑(S ^ k) = Fintype.card ↑(S ^ Fintype.card G)
state_after: case inr.intro
F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
a : G
ha : a ∈ S
key :
  ∀ (a : G) (s t : Set G) [inst : Fintype ↑s] [inst_1 : Fintype ↑t],
    (∀ b ∈ s, b * a ∈ t) → Fintype.card ↑s ≤ Fintype.card ↑t
mono : Monotone fun n => Fintype.card ↑(S ^ n)
⊢ ∀ (k : ℕ), Fintype.card G ≤ k → Fintype.card ↑(S ^ k) = Fintype.card ↑(S ^ Fintype.card G)
tactic: have mono : Monotone (fun n ↦ Fintype.card (↥(S ^ n)) : ℕ → ℕ) :=
    monotone_nat_of_le_succ fun n ↦ key a _ _ fun b hb ↦ Set.mul_mem_mul hb ha
state_before: case inr.intro
F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
a : G
ha : a ∈ S
key :
  ∀ (a : G) (s t : Set G) [inst : Fintype ↑s] [inst_1 : Fintype ↑t],
    (∀ b ∈ s, b * a ∈ t) → Fintype.card ↑s ≤ Fintype.card ↑t
mono : Monotone fun n => Fintype.card ↑(S ^ n)
⊢ ∀ (k : ℕ), Fintype.card G ≤ k → Fintype.card ↑(S ^ k) = Fintype.card ↑(S ^ Fintype.card G)
state_after: case inr.intro
F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
a : G
ha : a ∈ S
key :
  ∀ (a : G) (s t : Set G) [inst : Fintype ↑s] [inst_1 : Fintype ↑t],
    (∀ b ∈ s, b * a ∈ t) → Fintype.card ↑s ≤ Fintype.card ↑t
mono : Monotone fun n => Fintype.card ↑(S ^ n)
n : ℕ
h : Fintype.card ↑(S ^ n) = Fintype.card ↑(S ^ (n + 1))
⊢ ∀ b ∈ S ^ (n + 2), b * a⁻¹ ∈ S ^ (n + 1)
tactic: refine card_pow_eq_card_pow_card_univ_aux mono (fun n ↦ set_fintype_card_le_univ (S ^ n))
    fun n h ↦ le_antisymm (mono (n + 1).le_succ) (key a⁻¹ (S ^ (n + 2)) (S ^ (n + 1)) ?_)
state_before: case inr.intro
F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
a : G
ha : a ∈ S
key :
  ∀ (a : G) (s t : Set G) [inst : Fintype ↑s] [inst_1 : Fintype ↑t],
    (∀ b ∈ s, b * a ∈ t) → Fintype.card ↑s ≤ Fintype.card ↑t
mono : Monotone fun n => Fintype.card ↑(S ^ n)
n : ℕ
h : Fintype.card ↑(S ^ n) = Fintype.card ↑(S ^ (n + 1))
h₂ : S ^ n * {a} = S ^ (n + 1)
⊢ ∀ b ∈ S ^ (n + 2), b * a⁻¹ ∈ S ^ (n + 1)
state_after: case inr.intro
F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
a : G
ha : a ∈ S
key :
  ∀ (a : G) (s t : Set G) [inst : Fintype ↑s] [inst_1 : Fintype ↑t],
    (∀ b ∈ s, b * a ∈ t) → Fintype.card ↑s ≤ Fintype.card ↑t
mono : Monotone fun n => Fintype.card ↑(S ^ n)
n : ℕ
h : Fintype.card ↑(S ^ n) = Fintype.card ↑(S ^ (n + 1))
h₂ : S ^ n * {a} = S ^ (n + 1)
⊢ ∀ ⦃x : G⦄, x ∈ S ^ (n + 1) → x * a * a⁻¹ ∈ S ^ (n + 1)
tactic: rw [pow_succ', ← h₂, ← mul_assoc, ← pow_succ', h₂, mul_singleton, forall_mem_image]
state_before: case inr.intro
F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
a : G
ha : a ∈ S
key :
  ∀ (a : G) (s t : Set G) [inst : Fintype ↑s] [inst_1 : Fintype ↑t],
    (∀ b ∈ s, b * a ∈ t) → Fintype.card ↑s ≤ Fintype.card ↑t
mono : Monotone fun n => Fintype.card ↑(S ^ n)
n : ℕ
h : Fintype.card ↑(S ^ n) = Fintype.card ↑(S ^ (n + 1))
h₂ : S ^ n * {a} = S ^ (n + 1)
⊢ ∀ ⦃x : G⦄, x ∈ S ^ (n + 1) → x * a * a⁻¹ ∈ S ^ (n + 1)
state_after: case inr.intro
F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
a : G
ha : a ∈ S
key :
  ∀ (a : G) (s t : Set G) [inst : Fintype ↑s] [inst_1 : Fintype ↑t],
    (∀ b ∈ s, b * a ∈ t) → Fintype.card ↑s ≤ Fintype.card ↑t
mono : Monotone fun n => Fintype.card ↑(S ^ n)
n : ℕ
h : Fintype.card ↑(S ^ n) = Fintype.card ↑(S ^ (n + 1))
h₂ : S ^ n * {a} = S ^ (n + 1)
x : G
hx : x ∈ S ^ (n + 1)
⊢ x * a * a⁻¹ ∈ S ^ (n + 1)
tactic: intro x hx
state_before: case inr.intro
F : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
γ : Type u_4
G : Type u_5
inst✝² : Group G
inst✝¹ : Fintype G
S : Set G
inst✝ : (k : ℕ) → DecidablePred fun x => x ∈ S ^ k
hG : 0 < Fintype.card G
a : G
ha : a ∈ S
key :
  ∀ (a : G) (s t : Set G) [inst : Fintype ↑s] [inst_1 : Fintype ↑t],
    (∀ b ∈ s, b * a ∈ t) → Fintype.card ↑s ≤ Fintype.card ↑t
mono : Monotone fun n => Fintype.card ↑(S ^ n)
n : ℕ
h : Fintype.card ↑(S ^ n) = Fintype.card ↑(S ^ (n + 1))
h₂ : S ^ n * {a} = S ^ (n + 1)
x : G
hx : x ∈ S ^ (n + 1)
⊢ x * a * a⁻¹ ∈ S ^ (n + 1)
state_after: no goals
tactic: rwa [mul_inv_cancel_right]