Theorem: Field.isAlgebraic_of_adjoin_eq_adjoin
File: Mathlib/FieldTheory/PrimitiveElement.lean

Proof steps:
state_before: F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
⊢ IsAlgebraic F α
state_after: case inr
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
this :
  ∀ (F : Type u_1) (E : Type u_2) [inst : Field F] [inst_1 : Field E] [inst_2 : Algebra F E] {α : E} {m n : ℕ},
    m ≠ n → F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯ → m < n → IsAlgebraic F α
hmn : ¬m < n
⊢ IsAlgebraic F α

F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
⊢ IsAlgebraic F α
tactic: wlog hmn : m < n
state_before: F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
⊢ IsAlgebraic F α
state_after: case pos
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
hm : m = 0
⊢ IsAlgebraic F α

case neg
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
hm : ¬m = 0
⊢ IsAlgebraic F α
tactic: by_cases hm : m = 0
state_before: case neg
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
hm : ¬m = 0
⊢ IsAlgebraic F α
state_after: case neg.intro.intro
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
hm : ¬m = 0
r s : F[X]
h : α ^ m = (aeval (α ^ n)) r / (aeval (α ^ n)) s
⊢ IsAlgebraic F α
tactic: obtain ⟨r, s, h⟩ := (mem_adjoin_simple_iff F _).1 (heq ▸ mem_adjoin_simple_self F (α ^ m))
state_before: case neg.intro.intro
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
hm : ¬m = 0
r s : F[X]
h : α ^ m = (aeval (α ^ n)) r / (aeval (α ^ n)) s
⊢ IsAlgebraic F α
state_after: case pos
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
hm : ¬m = 0
r s : F[X]
h : α ^ m = (aeval (α ^ n)) r / (aeval (α ^ n)) s
hzero : (aeval (α ^ n)) s = 0
⊢ IsAlgebraic F α

case neg
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
hm : ¬m = 0
r s : F[X]
h : α ^ m = (aeval (α ^ n)) r / (aeval (α ^ n)) s
hzero : ¬(aeval (α ^ n)) s = 0
⊢ IsAlgebraic F α
tactic: by_cases hzero : aeval (α ^ n) s = 0
state_before: case neg
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
hm : ¬m = 0
r s : F[X]
h : α ^ m = (aeval (α ^ n)) r / (aeval (α ^ n)) s
hzero : ¬(aeval (α ^ n)) s = 0
⊢ IsAlgebraic F α
state_after: case neg
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
r s : F[X]
h : α ^ m = (aeval (α ^ n)) r / (aeval (α ^ n)) s
hzero : ¬(aeval (α ^ n)) s = 0
hm : 0 < m
⊢ IsAlgebraic F α
tactic: replace hm : 0 < m := Nat.pos_of_ne_zero hm
state_before: case neg
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
r s : F[X]
h : α ^ m = (aeval (α ^ n)) r / (aeval (α ^ n)) s
hzero : ¬(aeval (α ^ n)) s = 0
hm : 0 < m
⊢ IsAlgebraic F α
state_after: case neg
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
r s : F[X]
h : α ^ m * (aeval (α ^ n)) s - (aeval (α ^ n)) r = 0
hzero : ¬(aeval (α ^ n)) s = 0
hm : 0 < m
⊢ IsAlgebraic F α
tactic: rw [eq_div_iff hzero, ← sub_eq_zero] at h
state_before: case neg
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
r s : F[X]
h : α ^ m * (aeval (α ^ n)) s - (aeval (α ^ n)) r = 0
hzero : ¬(aeval (α ^ n)) s = 0
hm : 0 < m
⊢ IsAlgebraic F α
state_after: case neg
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
r s : F[X]
h : α ^ m * (aeval (α ^ n)) s - (aeval (α ^ n)) r = 0
hm : 0 < m
hzero : s ≠ 0
⊢ IsAlgebraic F α
tactic: replace hzero : s ≠ 0 := by rintro rfl; simp only [map_zero, not_true_eq_false] at hzero
state_before: case neg
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
r s : F[X]
h : α ^ m * (aeval (α ^ n)) s - (aeval (α ^ n)) r = 0
hm : 0 < m
hzero : s ≠ 0
⊢ IsAlgebraic F α
state_after: case neg
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
r s : F[X]
h : α ^ m * (aeval (α ^ n)) s - (aeval (α ^ n)) r = 0
hm : 0 < m
hzero : s ≠ 0
f : F[X] := X ^ m * (expand F n) s - (expand F n) r
⊢ IsAlgebraic F α
tactic: let f : F[X] := X ^ m * expand F n s - expand F n r
state_before: case neg
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
r s : F[X]
h : α ^ m * (aeval (α ^ n)) s - (aeval (α ^ n)) r = 0
hm : 0 < m
hzero : s ≠ 0
f : F[X] := X ^ m * (expand F n) s - (expand F n) r
⊢ IsAlgebraic F α
state_after: case neg.refine_1
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
r s : F[X]
h : α ^ m * (aeval (α ^ n)) s - (aeval (α ^ n)) r = 0
hm : 0 < m
hzero : s ≠ 0
f : F[X] := X ^ m * (expand F n) s - (expand F n) r
⊢ f ≠ 0

case neg.refine_2
F✝ : Type u_1
E✝ : Type u_2
inst✝⁵ : Field F✝
inst✝⁴ : Field E✝
inst✝³ : Algebra F✝ E✝
F : Type u_1
E : Type u_2
inst✝² : Field F
inst✝¹ : Field E
inst✝ : Algebra F E
α : E
m n : ℕ
hneq : m ≠ n
heq : F⟮α ^ m⟯ = F⟮α ^ n⟯
hmn : m < n
r s : F[X]
h : α ^ m * (aeval (α ^ n)) s - (aeval (α ^ n)) r = 0
hm : 0 < m
hzero : s ≠ 0
f : F[X] := X ^ m * (expand F n) s - (expand F n) r
⊢ (aeval α) f = 0
tactic: refine ⟨f, ?_, ?_⟩