-- Mathlib/Order/Interval/Set/SurjOn.lean
theorem surjOn_Ico_of_monotone_surjective (h_mono : Monotone f) (h_surj : Function.Surjective f)
    (a b : α) : SurjOn f (Ico a b) (Ico (f a) (f b))

Proof state:
case inr
α : Type u_1
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrder α
inst✝ : PartialOrder β
f : α → β
h_mono : Monotone f
h_surj : Surjective f
a b : α
hab : b ≤ a
⊢ SurjOn f (Ico a b) (Ico (f a) (f b))

Tactic:
rw [Ico_eq_empty (h_mono hab).not_lt]

Result:
case inr
α : Type u_1
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrder α
inst✝ : PartialOrder β
f : α → β
h_mono : Monotone f
h_surj : Surjective f
a b : α
hab : b ≤ a
⊢ SurjOn f (Ico a b) ∅

Proof state:
case inl
α : Type u_1
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrder α
inst✝ : PartialOrder β
f : α → β
h_mono : Monotone f
h_surj : Surjective f
a b : α
hab : a < b
⊢ SurjOn f (Ico a b) (Ico (f a) (f b))

Tactic:
intro p hp

Result:
case inl
α : Type u_1
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrder α
inst✝ : PartialOrder β
f : α → β
h_mono : Monotone f
h_surj : Surjective f
a b : α
hab : a < b
p : β
hp : p ∈ Ico (f a) (f b)
⊢ p ∈ f '' Ico a b

Proof state:
α : Type u_1
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrder α
inst✝ : PartialOrder β
f : α → β
h_mono : Monotone f
h_surj : Surjective f
a b : α
⊢ SurjOn f (Ico a b) (Ico (f a) (f b))

Tactic:
obtain hab | hab := lt_or_le a b

Result:
case inl
α : Type u_1
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrder α
inst✝ : PartialOrder β
f : α → β
h_mono : Monotone f
h_surj : Surjective f
a b : α
hab : a < b
⊢ SurjOn f (Ico a b) (Ico (f a) (f b))

case inr
α : Type u_1
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrder α
inst✝ : PartialOrder β
f : α → β
h_mono : Monotone f
h_surj : Surjective f
a b : α
hab : b ≤ a
⊢ SurjOn f (Ico a b) (Ico (f a) (f b))

Proof state:
case inl
α : Type u_1
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrder α
inst✝ : PartialOrder β
f : α → β
h_mono : Monotone f
h_surj : Surjective f
a b : α
hab : a < b
p : β
hp : p ∈ Ico (f a) (f b)
⊢ p ∈ f '' Ico a b

Tactic:
rcases eq_left_or_mem_Ioo_of_mem_Ico hp with (rfl | hp')

Result:
case inl.inl
α : Type u_1
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrder α
inst✝ : PartialOrder β
f : α → β
h_mono : Monotone f
h_surj : Surjective f
a b : α
hab : a < b
hp : f a ∈ Ico (f a) (f b)
⊢ f a ∈ f '' Ico a b

case inl.inr
α : Type u_1
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrder α
inst✝ : PartialOrder β
f : α → β
h_mono : Monotone f
h_surj : Surjective f
a b : α
hab : a < b
p : β
hp : p ∈ Ico (f a) (f b)
hp' : p ∈ Ioo (f a) (f b)
⊢ p ∈ f '' Ico a b

Proof state:
case inl.inl
α : Type u_1
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrder α
inst✝ : PartialOrder β
f : α → β
h_mono : Monotone f
h_surj : Surjective f
a b : α
hab : a < b
hp : f a ∈ Ico (f a) (f b)
⊢ f a ∈ f '' Ico a b

Tactic:
exact mem_image_of_mem f (left_mem_Ico.mpr hab)

Result:
no goals

Proof state:
case inr
α : Type u_1
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrder α
inst✝ : PartialOrder β
f : α → β
h_mono : Monotone f
h_surj : Surjective f
a b : α
hab : b ≤ a
⊢ SurjOn f (Ico a b) ∅

Tactic:
exact surjOn_empty f _

Result:
no goals

Proof state:
case inl.inr
α : Type u_1
β : Type u_2
inst✝¹ : LinearOrder α
inst✝ : PartialOrder β
f : α → β
h_mono : Monotone f
h_surj : Surjective f
a b : α
hab : a < b
p : β
hp : p ∈ Ico (f a) (f b)
hp' : p ∈ Ioo (f a) (f b)
⊢ p ∈ f '' Ico a b

Tactic:
exact image_subset f Ioo_subset_Ico_self <|
  surjOn_Ioo_of_monotone_surjective h_mono h_surj a b hp'

Result:
no goals