-- Mathlib/Order/Extension/Linear.lean
theorem extend_partialOrder {α : Type u} (r : α → α → Prop) [IsPartialOrder α r] :
    ∃ s : α → α → Prop, IsLinearOrder α s ∧ r ≤ s

Proof state:
case refine_2
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
hS : ∀ c ⊆ S, IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c → ∀ y ∈ c, ∃ ub ∈ S, ∀ z ∈ c, z ≤ ub
s : α → α → Prop
hrs : r ≤ s
hs : Maximal (fun x => x ∈ S) s
this : IsPartialOrder α s
x y : α
h : ¬s x y ∧ ¬s y x
s' : α → α → Prop := fun x' y' => s x' y' ∨ s x' x ∧ s y y'
⊢ ∀ (a b : α), s' a b → s' b a → a = b

Tactic:
rintro a b (ab | ⟨ax : s a x, yb : s y b⟩) (ba | ⟨bx : s b x, ya : s y a⟩)

Result:
case refine_2.inl.inl
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
hS : ∀ c ⊆ S, IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c → ∀ y ∈ c, ∃ ub ∈ S, ∀ z ∈ c, z ≤ ub
s : α → α → Prop
hrs : r ≤ s
hs : Maximal (fun x => x ∈ S) s
this : IsPartialOrder α s
x y : α
h : ¬s x y ∧ ¬s y x
s' : α → α → Prop := fun x' y' => s x' y' ∨ s x' x ∧ s y y'
a b : α
ab : s a b
ba : s b a
⊢ a = b

case refine_2.inl.inr.intro
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
hS : ∀ c ⊆ S, IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c → ∀ y ∈ c, ∃ ub ∈ S, ∀ z ∈ c, z ≤ ub
s : α → α → Prop
hrs : r ≤ s
hs : Maximal (fun x => x ∈ S) s
this : IsPartialOrder α s
x y : α
h : ¬s x y ∧ ¬s y x
s' : α → α → Prop := fun x' y' => s x' y' ∨ s x' x ∧ s y y'
a b : α
ab : s a b
bx : s b x
ya : s y a
⊢ a = b

case refine_2.inr.intro.inl
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
hS : ∀ c ⊆ S, IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c → ∀ y ∈ c, ∃ ub ∈ S, ∀ z ∈ c, z ≤ ub
s : α → α → Prop
hrs : r ≤ s
hs : Maximal (fun x => x ∈ S) s
this : IsPartialOrder α s
x y : α
h : ¬s x y ∧ ¬s y x
s' : α → α → Prop := fun x' y' => s x' y' ∨ s x' x ∧ s y y'
a b : α
ax : s a x
yb : s y b
ba : s b a
⊢ a = b

case refine_2.inr.intro.inr.intro
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
hS : ∀ c ⊆ S, IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c → ∀ y ∈ c, ∃ ub ∈ S, ∀ z ∈ c, z ≤ ub
s : α → α → Prop
hrs : r ≤ s
hs : Maximal (fun x => x ∈ S) s
this : IsPartialOrder α s
x y : α
h : ¬s x y ∧ ¬s y x
s' : α → α → Prop := fun x' y' => s x' y' ∨ s x' x ∧ s y y'
a b : α
ax : s a x
yb : s y b
bx : s b x
ya : s y a
⊢ a = b

Proof state:
case intro.intro
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
hS : ∀ c ⊆ S, IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c → ∀ y ∈ c, ∃ ub ∈ S, ∀ z ∈ c, z ≤ ub
s : α → α → Prop
hrs : r ≤ s
hs : Maximal (fun x => x ∈ S) s
this : IsPartialOrder α s
⊢ ∃ s, IsLinearOrder α s ∧ r ≤ s

Tactic:
refine ⟨s,
  { total := ?_, refl := hs.1.refl, trans := hs.1.trans, antisymm := hs.1.antisymm }, hrs⟩

Result:
case intro.intro
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
hS : ∀ c ⊆ S, IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c → ∀ y ∈ c, ∃ ub ∈ S, ∀ z ∈ c, z ≤ ub
s : α → α → Prop
hrs : r ≤ s
hs : Maximal (fun x => x ∈ S) s
this : IsPartialOrder α s
⊢ ∀ (a b : α), s a b ∨ s b a

Proof state:
case intro.intro
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
hS : ∀ c ⊆ S, IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c → ∀ y ∈ c, ∃ ub ∈ S, ∀ z ∈ c, z ≤ ub
s : α → α → Prop
hrs : r ≤ s
hs : Maximal (fun x => x ∈ S) s
this : IsPartialOrder α s
⊢ ∀ (a b : α), s a b ∨ s b a

Tactic:
intro x y

Result:
case intro.intro
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
hS : ∀ c ⊆ S, IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c → ∀ y ∈ c, ∃ ub ∈ S, ∀ z ∈ c, z ≤ ub
s : α → α → Prop
hrs : r ≤ s
hs : Maximal (fun x => x ∈ S) s
this : IsPartialOrder α s
x y : α
⊢ s x y ∨ s y x

Proof state:
case refine_2.intro.intro.intro.intro.inl
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
c : Set (α → α → Prop)
hc₁ : c ⊆ S
hc₂ : IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c
s : α → α → Prop
hs : s ∈ c
this✝¹ : IsPreorder α s
x y z : α
s₁ : α → α → Prop
h₁s₁ : s₁ ∈ c
h₂s₁ : s₁ x y
s₂ : α → α → Prop
h₁s₂ : s₂ ∈ c
h₂s₂ : s₂ y z
this✝ : IsPartialOrder α s₁
this : IsPartialOrder α s₂
h : s₁ ≤ s₂
⊢ ∃ r ∈ c, r x z

Tactic:
exact ⟨s₂, h₁s₂, _root_.trans (h _ _ h₂s₁) h₂s₂⟩

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
c : Set (α → α → Prop)
hc₁ : c ⊆ S
hc₂ : IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c
s : α → α → Prop
hs : s ∈ c
this : IsPreorder α s
⊢ sSup c ∈ S

Tactic:
refine
    { refl := ?_
      trans := ?_
      antisymm := ?_ } <;>
  simp_rw [binary_relation_sSup_iff]

Result:
case refine_1
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
c : Set (α → α → Prop)
hc₁ : c ⊆ S
hc₂ : IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c
s : α → α → Prop
hs : s ∈ c
this : IsPreorder α s
⊢ ∀ (a : α), ∃ r ∈ c, r a a

case refine_2
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
c : Set (α → α → Prop)
hc₁ : c ⊆ S
hc₂ : IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c
s : α → α → Prop
hs : s ∈ c
this : IsPreorder α s
⊢ ∀ (a b c_1 : α), (∃ r ∈ c, r a b) → (∃ r ∈ c, r b c_1) → ∃ r ∈ c, r a c_1

case refine_3
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
c : Set (α → α → Prop)
hc₁ : c ⊆ S
hc₂ : IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c
s : α → α → Prop
hs : s ∈ c
this : IsPreorder α s
⊢ ∀ (a b : α), (∃ r ∈ c, r a b) → (∃ r ∈ c, r b a) → a = b

Proof state:
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
⊢ ∀ c ⊆ S, IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c → ∀ y ∈ c, ∃ ub ∈ S, ∀ z ∈ c, z ≤ ub

Tactic:
rintro c hc₁ hc₂ s hs

Result:
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
c : Set (α → α → Prop)
hc₁ : c ⊆ S
hc₂ : IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c
s : α → α → Prop
hs : s ∈ c
⊢ ∃ ub ∈ S, ∀ z ∈ c, z ≤ ub

Proof state:
case refine_2.intro.intro.intro.intro.inr
α : Type u
r : α → α → Prop
inst✝ : IsPartialOrder α r
S : Set (α → α → Prop) := {s | IsPartialOrder α s}
c : Set (α → α → Prop)
hc₁ : c ⊆ S
hc₂ : IsChain (fun x1 x2 => x1 ≤ x2) c
s : α → α → Prop
hs : s ∈ c
this✝¹ : IsPreorder α s
x y z : α
s₁ : α → α → Prop
h₁s₁ : s₁ ∈ c
h₂s₁ : s₁ x y
s₂ : α → α → Prop
h₁s₂ : s₂ ∈ c
h₂s₂ : s₂ y z
this✝ : IsPartialOrder α s₁
this : IsPartialOrder α s₂
h : s₂ ≤ s₁
⊢ ∃ r ∈ c, r x z

Tactic:
exact ⟨s₁, h₁s₁, _root_.trans h₂s₁ (h _ _ h₂s₂)⟩

Result:
no goals