Theorem: IsCyclic.card_pow_eq_one_le
File: Mathlib/GroupTheory/SpecificGroups/Cyclic.lean

Proof steps:
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
x : α
hx : x ∈ filter (fun a => a ^ n = 1) univ
m : ℕ
hm : (fun x => g ^ x) m = x
⊢ (fun x => (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) ^ x) ↑(m / (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) = x
state_after: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
x : α
hx : x ∈ filter (fun a => a ^ n = 1) univ
m : ℕ
hm : g ^ m = x
⊢ (fun x => (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) ^ x) ↑(m / (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) = x
tactic: dsimp at hm
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
x : α
hx : x ∈ filter (fun a => a ^ n = 1) univ
m : ℕ
hm : g ^ m = x
⊢ (fun x => (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) ^ x) ↑(m / (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) = x
state_after: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
x : α
hx : x ∈ filter (fun a => a ^ n = 1) univ
m : ℕ
hm : g ^ m = x
hgmn : g ^ (m * n.gcd (Fintype.card α)) = 1
⊢ (fun x => (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) ^ x) ↑(m / (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) = x
tactic: have hgmn : g ^ (m * Nat.gcd n (Fintype.card α)) = 1 := by
              rw [pow_mul, hm, ← pow_gcd_card_eq_one_iff]; exact (mem_filter.1 hx).2
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
x : α
hx : x ∈ filter (fun a => a ^ n = 1) univ
m : ℕ
hm : g ^ m = x
hgmn : g ^ (m * n.gcd (Fintype.card α)) = 1
⊢ (fun x => (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) ^ x) ↑(m / (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) = x
state_after: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
x : α
hx : x ∈ filter (fun a => a ^ n = 1) univ
m : ℕ
hm : g ^ m = x
hgmn : g ^ (m * n.gcd (Fintype.card α)) = 1
⊢ (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) ^ ↑(m / (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) = x
tactic: dsimp only
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
x : α
hx : x ∈ filter (fun a => a ^ n = 1) univ
m : ℕ
hm : g ^ m = x
hgmn : g ^ (m * n.gcd (Fintype.card α)) = 1
⊢ (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) ^ ↑(m / (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))) = x
state_after: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
x : α
hx : x ∈ filter (fun a => a ^ n = 1) univ
m : ℕ
hm : g ^ m = x
hgmn : g ^ (m * n.gcd (Fintype.card α)) = 1
⊢ Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α) ∣ m
tactic: rw [zpow_natCast, ← pow_mul, Nat.mul_div_cancel_left', hm]
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
x : α
hx : x ∈ filter (fun a => a ^ n = 1) univ
m : ℕ
hm : g ^ m = x
hgmn : g ^ (m * n.gcd (Fintype.card α)) = 1
⊢ Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α) ∣ m
state_after: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
x : α
hx : x ∈ filter (fun a => a ^ n = 1) univ
m : ℕ
hm : g ^ m = x
hgmn : g ^ (m * n.gcd (Fintype.card α)) = 1
⊢ Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α) * n.gcd (Fintype.card α) ∣ m * n.gcd (Fintype.card α)
tactic: refine Nat.dvd_of_mul_dvd_mul_right (gcd_pos_of_pos_left (Fintype.card α) hn0) ?_
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
x : α
hx : x ∈ filter (fun a => a ^ n = 1) univ
m : ℕ
hm : g ^ m = x
hgmn : g ^ (m * n.gcd (Fintype.card α)) = 1
⊢ Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α) * n.gcd (Fintype.card α) ∣ m * n.gcd (Fintype.card α)
state_after: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
x : α
hx : x ∈ filter (fun a => a ^ n = 1) univ
m : ℕ
hm : g ^ m = x
hgmn : g ^ (m * n.gcd (Fintype.card α)) = 1
⊢ orderOf g ∣ m * n.gcd (Fintype.card α)
tactic: conv_lhs =>
              rw [Nat.div_mul_cancel (Nat.gcd_dvd_right _ _), ←
                orderOf_eq_card_of_forall_mem_zpowers hg]
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
x : α
hx : x ∈ filter (fun a => a ^ n = 1) univ
m : ℕ
hm : g ^ m = x
hgmn : g ^ (m * n.gcd (Fintype.card α)) = 1
⊢ orderOf g ∣ m * n.gcd (Fintype.card α)
state_after: no goals
tactic: exact orderOf_dvd_of_pow_eq_one hgmn
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
⊢ (↑(zpowers (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))))).toFinset.card ≤ n
state_after: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
⊢ (↑(zpowers (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))))).toFinset.card ≤ n
tactic: let ⟨m, hm⟩ := Nat.gcd_dvd_right n (Fintype.card α)
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
⊢ (↑(zpowers (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))))).toFinset.card ≤ n
state_after: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
hm0 : 0 < m
⊢ (↑(zpowers (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))))).toFinset.card ≤ n
tactic: have hm0 : 0 < m :=
        Nat.pos_of_ne_zero fun hm0 => by
          rw [hm0, mul_zero, Fintype.card_eq_zero_iff] at hm
          exact hm.elim' 1
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
hm0 : 0 < m
⊢ (↑(zpowers (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α))))).toFinset.card ≤ n
state_after: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
hm0 : 0 < m
⊢ Fintype.card ↥(zpowers (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α)))) ≤ n
tactic: simp only [Set.toFinset_card, SetLike.coe_sort_coe]
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
hm0 : 0 < m
⊢ Fintype.card ↥(zpowers (g ^ (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α)))) ≤ n
state_after: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
hm0 : 0 < m
⊢ Fintype.card α / (Fintype.card α).gcd (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α)) ≤ n
tactic: rw [Fintype.card_zpowers, orderOf_pow g, orderOf_eq_card_of_forall_mem_zpowers hg]
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
hm0 : 0 < m
⊢ Fintype.card α / (Fintype.card α).gcd (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α)) ≤ n
state_after: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
hm0 : 0 < m
⊢ Fintype.card α / (n.gcd (Fintype.card α) * m).gcd (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α)) ≤ n
tactic: nth_rw 2 [hm]
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
hm0 : 0 < m
⊢ Fintype.card α / (n.gcd (Fintype.card α) * m).gcd (Fintype.card α / n.gcd (Fintype.card α)) ≤ n
state_after: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
hm0 : 0 < m
⊢ Fintype.card α / (n.gcd (Fintype.card α) * m).gcd (n.gcd (Fintype.card α) * m / n.gcd (Fintype.card α)) ≤ n
tactic: nth_rw 3 [hm]
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
hm0 : 0 < m
⊢ Fintype.card α / (n.gcd (Fintype.card α) * m).gcd (n.gcd (Fintype.card α) * m / n.gcd (Fintype.card α)) ≤ n
state_after: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
hm0 : 0 < m
⊢ n.gcd (Fintype.card α) ≤ n
tactic: rw [Nat.mul_div_cancel_left _ (gcd_pos_of_pos_left _ hn0), gcd_mul_left_left, hm,
        Nat.mul_div_cancel _ hm0]
state_before: α : Type u
a : α
inst✝³ : Group α
inst✝² : DecidableEq α
inst✝¹ : Fintype α
inst✝ : IsCyclic α
n : ℕ
hn0 : 0 < n
g : α
hg : ∀ (x : α), x ∈ zpowers g
m : ℕ
hm : Fintype.card α = n.gcd (Fintype.card α) * m
hm0 : 0 < m
⊢ n.gcd (Fintype.card α) ≤ n
state_after: no goals
tactic: exact le_of_dvd hn0 (Nat.gcd_dvd_left _ _)