Theorem: Matrix.charpoly_degree_eq_dim
File: Mathlib/LinearAlgebra/Matrix/Charpoly/Coeff.lean

tactic: by_cases h : Fintype.card n = 0
state_before: R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
⊢ degree (charpoly M) = ↑(Fintype.card n)

tactic: rw [← sub_add_cancel M.charpoly (∏ i : n, (X - C (M i i)))]
state_before: case neg
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
⊢ degree (charpoly M) = ↑(Fintype.card n)

tactic: have h1 : (∏ i : n, (X - C (M i i))).degree = ↑(Fintype.card n) := by
  rw [degree_eq_iff_natDegree_eq_of_pos (Nat.pos_of_ne_zero h), natDegree_prod']
  simp_rw [natDegree_X_sub_C]
  rw [← Finset.card_univ, sum_const, smul_eq_mul, mul_one]
  simp_rw [(monic_X_sub_C _).leadingCoeff]
  simp
state_before: case neg
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
⊢ degree (charpoly M - ∏ i : n, (X - ↑C (M i i)) + ∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)

tactic: rw [degree_add_eq_right_of_degree_lt]
state_before: case neg
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
h1 : degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)
⊢ degree (charpoly M - ∏ i : n, (X - ↑C (M i i)) + ∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)

tactic: exact h1
state_before: case neg
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
h1 : degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)
⊢ degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)

case neg
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
h1 : degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)
⊢ degree (charpoly M - ∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) < degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i)))

tactic: rw [h1]
state_before: case neg
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
h1 : degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)
⊢ degree (charpoly M - ∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) < degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i)))

tactic: apply lt_trans (charpoly_sub_diagonal_degree_lt M)
state_before: case neg
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
h1 : degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)
⊢ degree (charpoly M - ∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) < ↑(Fintype.card n)

tactic: rw [Nat.cast_withBot, Nat.cast_withBot]
state_before: case neg
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
h1 : degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)
⊢ ↑(Fintype.card n - 1) < ↑(Fintype.card n)

tactic: rw [WithBot.coe_lt_coe]
state_before: case neg
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
h1 : degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)
⊢ ↑(Fintype.card n - 1) < ↑(Fintype.card n)

tactic: rw [← Nat.pred_eq_sub_one]
state_before: case neg
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
h1 : degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)
⊢ Fintype.card n - 1 < Fintype.card n

tactic: apply Nat.pred_lt
state_before: case neg
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
h1 : degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)
⊢ Nat.pred (Fintype.card n) < Fintype.card n

tactic: apply h
state_before: case neg.a
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
h1 : degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)
⊢ Fintype.card n ≠ 0

tactic: rw [h]
state_before: case pos
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : Fintype.card n = 0
⊢ degree (charpoly M) = ↑(Fintype.card n)

tactic: unfold charpoly
state_before: case pos
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : Fintype.card n = 0
⊢ degree (charpoly M) = ↑0

tactic: rw [det_of_card_zero]
state_before: case pos
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : Fintype.card n = 0
⊢ degree (det (charmatrix M)) = ↑0

tactic: simp
state_before: case pos
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : Fintype.card n = 0
⊢ degree 1 = ↑0

tactic: assumption
state_before: case pos.h
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : Fintype.card n = 0
⊢ Fintype.card n = 0

tactic: rw [degree_eq_iff_natDegree_eq_of_pos (Nat.pos_of_ne_zero h), natDegree_prod']
state_before: R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
⊢ degree (∏ i : n, (X - ↑C (M i i))) = ↑(Fintype.card n)

tactic: simp_rw [natDegree_X_sub_C]
state_before: R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
⊢ ∑ i : n, natDegree (X - ↑C (M i i)) = Fintype.card n

case h
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
⊢ ∏ i : n, leadingCoeff (X - ↑C (M i i)) ≠ 0

tactic: rw [← Finset.card_univ, sum_const, smul_eq_mul, mul_one]
state_before: R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
⊢ ∑ x : n, 1 = Fintype.card n

case h
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
⊢ ∏ i : n, leadingCoeff (X - ↑C (M i i)) ≠ 0

tactic: simp_rw [(monic_X_sub_C _).leadingCoeff]
state_before: case h
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
⊢ ∏ i : n, leadingCoeff (X - ↑C (M i i)) ≠ 0

tactic: simp
state_before: case h
R : Type u
inst✝⁴ : CommRing R
n G : Type v
inst✝³ : DecidableEq n
inst✝² : Fintype n
α β : Type v
inst✝¹ : DecidableEq α
M✝ : Matrix n n R
inst✝ : Nontrivial R
M : Matrix n n R
h : ¬Fintype.card n = 0
⊢ ∏ x : n, 1 ≠ 0