-- Mathlib/ModelTheory/Fraisse.lean
theorem isUltrahomogeneous_iff_IsExtensionPair (M_CG : CG L M) : L.IsUltrahomogeneous M ↔
    L.IsExtensionPair M M

Proof state:
case h
L : Language
M : Type w
inst✝ : L.Structure M
M_CG : Structure.CG L M
h : L.IsExtensionPair M M
S : L.Substructure M
S_FG : S.FG
f : ↥S ↪[L] M
g : M ≃[L] M
dom_le_dom :
  (↑⟨{ dom := S, cod := f.toHom.range, toEquiv := f.equivRange }, S_FG⟩).dom ≤ g.toEmbedding.toPartialEquiv.dom
eq :
  g.toEmbedding.toPartialEquiv.cod.subtype.comp
      (g.toEmbedding.toPartialEquiv.toEquiv.toEmbedding.comp (Substructure.inclusion dom_le_dom)) =
    f
⊢ f = g.toEmbedding.comp S.subtype

Tactic:
rw [← eq]

Result:
case h
L : Language
M : Type w
inst✝ : L.Structure M
M_CG : Structure.CG L M
h : L.IsExtensionPair M M
S : L.Substructure M
S_FG : S.FG
f : ↥S ↪[L] M
g : M ≃[L] M
dom_le_dom :
  (↑⟨{ dom := S, cod := f.toHom.range, toEquiv := f.equivRange }, S_FG⟩).dom ≤ g.toEmbedding.toPartialEquiv.dom
eq :
  g.toEmbedding.toPartialEquiv.cod.subtype.comp
      (g.toEmbedding.toPartialEquiv.toEquiv.toEmbedding.comp (Substructure.inclusion dom_le_dom)) =
    f
⊢ g.toEmbedding.toPartialEquiv.cod.subtype.comp
      (g.toEmbedding.toPartialEquiv.toEquiv.toEmbedding.comp (Substructure.inclusion dom_le_dom)) =
    g.toEmbedding.comp S.subtype

Proof state:
case mp
L : Language
M : Type w
inst✝ : L.Structure M
M_CG : Structure.CG L M
M_homog : L.IsUltrahomogeneous M
f : M ≃ₚ[L] M
f_FG : f.dom.FG
m : M
S : L.Substructure M := f.dom ⊔ (closure L).toFun {m}
dom_le_S : f.dom ≤ S
⊢ ∃ g, m ∈ (↑g).dom ∧ ⟨f, f_FG⟩ ≤ g

Tactic:
let ⟨f', eq_f'⟩ := M_homog.extend_embedding (f.dom.fg_iff_structure_fg.1 f_FG)
  ((subtype _).comp f.toEquiv.toEmbedding) (inclusion dom_le_S) (h := ⟨subtype _⟩)

Result:
case mp
L : Language
M : Type w
inst✝ : L.Structure M
M_CG : Structure.CG L M
M_homog : L.IsUltrahomogeneous M
f : M ≃ₚ[L] M
f_FG : f.dom.FG
m : M
S : L.Substructure M := f.dom ⊔ (closure L).toFun {m}
dom_le_S : f.dom ≤ S
f' : ↥S ↪[L] M
eq_f' : f.cod.subtype.comp f.toEquiv.toEmbedding = f'.comp (Substructure.inclusion dom_le_S)
⊢ ∃ g, m ∈ (↑g).dom ∧ ⟨f, f_FG⟩ ≤ g

Proof state:
case mp
L : Language
M : Type w
inst✝ : L.Structure M
M_CG : Structure.CG L M
⊢ L.IsUltrahomogeneous M → L.IsExtensionPair M M

Tactic:
intro M_homog ⟨f, f_FG⟩ m

Result:
case mp
L : Language
M : Type w
inst✝ : L.Structure M
M_CG : Structure.CG L M
M_homog : L.IsUltrahomogeneous M
f : M ≃ₚ[L] M
f_FG : f.dom.FG
m : M
⊢ ∃ g, m ∈ (↑g).dom ∧ ⟨f, f_FG⟩ ≤ g

Proof state:
case h.h
L : Language
M : Type w
inst✝ : L.Structure M
M_CG : Structure.CG L M
h : L.IsExtensionPair M M
S : L.Substructure M
S_FG : S.FG
f : ↥S ↪[L] M
g : M ≃[L] M
dom_le_dom :
  (↑⟨{ dom := S, cod := f.toHom.range, toEquiv := f.equivRange }, S_FG⟩).dom ≤ g.toEmbedding.toPartialEquiv.dom
eq :
  g.toEmbedding.toPartialEquiv.cod.subtype.comp
      (g.toEmbedding.toPartialEquiv.toEquiv.toEmbedding.comp (Substructure.inclusion dom_le_dom)) =
    f
x✝ : ↥S
⊢ (g.toEmbedding.toPartialEquiv.cod.subtype.comp
        (g.toEmbedding.toPartialEquiv.toEquiv.toEmbedding.comp (Substructure.inclusion dom_le_dom)))
      x✝ =
    (g.toEmbedding.comp S.subtype) x✝

Tactic:
rfl

Result:
no goals

Proof state:
case h
L : Language
M : Type w
inst✝ : L.Structure M
M_CG : Structure.CG L M
h : L.IsExtensionPair M M
S : L.Substructure M
S_FG : S.FG
f : ↥S ↪[L] M
g : M ≃[L] M
dom_le_dom :
  (↑⟨{ dom := S, cod := f.toHom.range, toEquiv := f.equivRange }, S_FG⟩).dom ≤ g.toEmbedding.toPartialEquiv.dom
eq :
  g.toEmbedding.toPartialEquiv.cod.subtype.comp
      (g.toEmbedding.toPartialEquiv.toEquiv.toEmbedding.comp (Substructure.inclusion dom_le_dom)) =
    f
⊢ g.toEmbedding.toPartialEquiv.cod.subtype.comp
      (g.toEmbedding.toPartialEquiv.toEquiv.toEmbedding.comp (Substructure.inclusion dom_le_dom)) =
    g.toEmbedding.comp S.subtype

Tactic:
ext

Result:
case h.h
L : Language
M : Type w
inst✝ : L.Structure M
M_CG : Structure.CG L M
h : L.IsExtensionPair M M
S : L.Substructure M
S_FG : S.FG
f : ↥S ↪[L] M
g : M ≃[L] M
dom_le_dom :
  (↑⟨{ dom := S, cod := f.toHom.range, toEquiv := f.equivRange }, S_FG⟩).dom ≤ g.toEmbedding.toPartialEquiv.dom
eq :
  g.toEmbedding.toPartialEquiv.cod.subtype.comp
      (g.toEmbedding.toPartialEquiv.toEquiv.toEmbedding.comp (Substructure.inclusion dom_le_dom)) =
    f
x✝ : ↥S
⊢ (g.toEmbedding.toPartialEquiv.cod.subtype.comp
        (g.toEmbedding.toPartialEquiv.toEquiv.toEmbedding.comp (Substructure.inclusion dom_le_dom)))
      x✝ =
    (g.toEmbedding.comp S.subtype) x✝

Proof state:
case mp
L : Language
M : Type w
inst✝ : L.Structure M
M_CG : Structure.CG L M
M_homog : L.IsUltrahomogeneous M
f : M ≃ₚ[L] M
f_FG : f.dom.FG
m : M
S : L.Substructure M := f.dom ⊔ (closure L).toFun {m}
⊢ ∃ g, m ∈ (↑g).dom ∧ ⟨f, f_FG⟩ ≤ g

Tactic:
have dom_le_S : f.dom ≤ S := le_sup_left

Result:
case mp
L : Language
M : Type w
inst✝ : L.Structure M
M_CG : Structure.CG L M
M_homog : L.IsUltrahomogeneous M
f : M ≃ₚ[L] M
f_FG : f.dom.FG
m : M
S : L.Substructure M := f.dom ⊔ (closure L).toFun {m}
dom_le_S : f.dom ≤ S
⊢ ∃ g, m ∈ (↑g).dom ∧ ⟨f, f_FG⟩ ≤ g

Proof state:
case mp
L : Language
M : Type w
inst✝ : L.Structure M
M_CG : Structure.CG L M
M_homog : L.IsUltrahomogeneous M
f : M ≃ₚ[L] M
f_FG : f.dom.FG
m : M
⊢ ∃ g, m ∈ (↑g).dom ∧ ⟨f, f_FG⟩ ≤ g

Tactic:
let S := f.dom ⊔ closure L {m}

Result:
case mp
L : Language
M : Type w
inst✝ : L.Structure M
M_CG : Structure.CG L M
M_homog : L.IsUltrahomogeneous M
f : M ≃ₚ[L] M
f_FG : f.dom.FG
m : M
S : L.Substructure M := f.dom ⊔ (closure L).toFun {m}
⊢ ∃ g, m ∈ (↑g).dom ∧ ⟨f, f_FG⟩ ≤ g