Theorem: Polynomial.dickson_one_one_zmod_p
File: Mathlib/RingTheory/Polynomial/Dickson.lean

Proof steps:
state_before: R : Type u_1
S : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : CommRing S
k : ℕ
a : R
p : ℕ
inst✝ : Fact (Nat.Prime p)
⊢ dickson 1 1 p = X ^ p
state_after: case intro.intro.intro
R : Type u_1
S : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : CommRing S
k : ℕ
a : R
p : ℕ
inst✝ : Fact (Nat.Prime p)
K : Type
w✝¹ : Field K
w✝ : CharP K p
H : Infinite K
⊢ dickson 1 1 p = X ^ p
tactic: obtain ⟨K, _, _, H⟩ : ∃ (K : Type) (_ : Field K), ∃ _ : CharP K p, Infinite K := by
    let K := FractionRing (Polynomial (ZMod p))
    let f : ZMod p →+* K := (algebraMap _ (FractionRing _)).comp C
    have : CharP K p := by
      rw [← f.charP_iff_charP]
      infer_instance
    haveI : Infinite K :=
      Infinite.of_injective (algebraMap (Polynomial (ZMod p)) (FractionRing (Polynomial (ZMod p))))
        (IsFractionRing.injective _ _)
    refine ⟨K, ?_, ?_, ?_⟩ <;> infer_instance
state_before: case intro.intro.intro
R : Type u_1
S : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : CommRing S
k : ℕ
a : R
p : ℕ
inst✝ : Fact (Nat.Prime p)
K : Type
w✝¹ : Field K
w✝ : CharP K p
H : Infinite K
⊢ dickson 1 1 p = X ^ p
state_after: case intro.intro.intro.a
R : Type u_1
S : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : CommRing S
k : ℕ
a : R
p : ℕ
inst✝ : Fact (Nat.Prime p)
K : Type
w✝¹ : Field K
w✝ : CharP K p
H : Infinite K
⊢ map (ZMod.castHom ⋯ K) (dickson 1 1 p) = map (ZMod.castHom ⋯ K) (X ^ p)
tactic: apply map_injective (ZMod.castHom (dvd_refl p) K) (RingHom.injective _)
state_before: case intro.intro.intro.a
R : Type u_1
S : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : CommRing S
k : ℕ
a : R
p : ℕ
inst✝ : Fact (Nat.Prime p)
K : Type
w✝¹ : Field K
w✝ : CharP K p
H : Infinite K
⊢ map (ZMod.castHom ⋯ K) (dickson 1 1 p) = map (ZMod.castHom ⋯ K) (X ^ p)
state_after: case intro.intro.intro.a
R : Type u_1
S : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : CommRing S
k : ℕ
a : R
p : ℕ
inst✝ : Fact (Nat.Prime p)
K : Type
w✝¹ : Field K
w✝ : CharP K p
H : Infinite K
⊢ dickson 1 ((ZMod.castHom ⋯ K) 1) p = X ^ p
tactic: rw [map_dickson, Polynomial.map_pow, map_X]
state_before: case intro.intro.intro.a
R : Type u_1
S : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : CommRing S
k : ℕ
a : R
p : ℕ
inst✝ : Fact (Nat.Prime p)
K : Type
w✝¹ : Field K
w✝ : CharP K p
H : Infinite K
⊢ dickson 1 ((ZMod.castHom ⋯ K) 1) p = X ^ p
state_after: case intro.intro.intro.a.h
R : Type u_1
S : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : CommRing S
k : ℕ
a : R
p : ℕ
inst✝ : Fact (Nat.Prime p)
K : Type
w✝¹ : Field K
w✝ : CharP K p
H : Infinite K
⊢ {x | eval x (dickson 1 ((ZMod.castHom ⋯ K) 1) p) = eval x (X ^ p)}.Infinite
tactic: apply eq_of_infinite_eval_eq
state_before: case intro.intro.intro.a.h
R : Type u_1
S : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : CommRing S
k : ℕ
a : R
p : ℕ
inst✝ : Fact (Nat.Prime p)
K : Type
w✝¹ : Field K
w✝ : CharP K p
H : Infinite K
⊢ {x | eval x (dickson 1 ((ZMod.castHom ⋯ K) 1) p) = eval x (X ^ p)}.Infinite
state_after: case intro.intro.intro.a.h.h
R : Type u_1
S : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : CommRing S
k : ℕ
a : R
p : ℕ
inst✝ : Fact (Nat.Prime p)
K : Type
w✝¹ : Field K
w✝ : CharP K p
H : Infinite K
⊢ {x | ∃ y, x = y + y⁻¹ ∧ y ≠ 0} ⊆ {x | eval x (dickson 1 ((ZMod.castHom ⋯ K) 1) p) = eval x (X ^ p)}

case intro.intro.intro.a.h.a
R : Type u_1
S : Type u_2
inst✝² : CommRing R
inst✝¹ : CommRing S
k : ℕ
a : R
p : ℕ
inst✝ : Fact (Nat.Prime p)
K : Type
w✝¹ : Field K
w✝ : CharP K p
H : Infinite K
⊢ {x | ∃ y, x = y + y⁻¹ ∧ y ≠ 0}.Infinite
tactic: apply @Set.Infinite.mono _ { x : K | ∃ y, x = y + y⁻¹ ∧ y ≠ 0 }