-- Mathlib/Algebra/Module/SnakeLemma.lean
/--
Suppose we have an exact commutative diagram
```
                K₃
                |
                ι₃
                ↓
M₁ -f₁→ M₂ -f₂→ M₃
|       |       |
i₁      i₂      i₃
↓       ↓       ↓
N₁ -g₁→ N₂ -g₂→ N₃
|       |
π₁      π₂
↓       ↓
C₁ -G-→ C₂

```
such that `f₂` is surjective with a (set-theoretic) section `σ`, `g₁` is injective with a
(set-theoretic) retraction `ρ`, and `π₁` is surjective, then `K₂ -δ→ C₁ -G→ C₂` is exact.
-/
lemma SnakeLemma.exact_δ_left (G : C₁ →ₗ[R] C₂) (hF : G.comp π₁ = π₂.comp g₁) (h : Surjective π₁) :
    Exact (δ i₁ i₂ i₃ f₁ f₂ hf g₁ g₂ hg h₁ h₂ σ hσ ρ hρ ι₃ hι₃ π₁ hπ₁) G

Proof state:
case mp.intro.intro.intro
R : Type u_1
inst✝¹⁸ : CommRing R
M₁ : Type u_7
M₂ : Type u_8
M₃ : Type u_9
N₁ : Type u_4
N₂ : Type u_5
N₃ : Type u_10
inst✝¹⁷ : AddCommGroup M₁
inst✝¹⁶ : Module R M₁
inst✝¹⁵ : AddCommGroup M₂
inst✝¹⁴ : Module R M₂
inst✝¹³ : AddCommGroup M₃
inst✝¹² : Module R M₃
inst✝¹¹ : AddCommGroup N₁
inst✝¹⁰ : Module R N₁
inst✝⁹ : AddCommGroup N₂
inst✝⁸ : Module R N₂
inst✝⁷ : AddCommGroup N₃
inst✝⁶ : Module R N₃
i₁ : M₁ →ₗ[R] N₁
i₂ : M₂ →ₗ[R] N₂
i₃ : M₃ →ₗ[R] N₃
f₁ : M₁ →ₗ[R] M₂
f₂ : M₂ →ₗ[R] M₃
hf : Exact ⇑f₁ ⇑f₂
g₁ : N₁ →ₗ[R] N₂
g₂ : N₂ →ₗ[R] N₃
hg : Exact ⇑g₁ ⇑g₂
h₁ : g₁ ∘ₗ i₁ = i₂ ∘ₗ f₁
h₂ : g₂ ∘ₗ i₂ = i₃ ∘ₗ f₂
σ : M₃ → M₂
hσ : ⇑f₂ ∘ σ = id
ρ : N₂ → N₁
hρ : ρ ∘ ⇑g₁ = id
K₃ : Type u_6
C₁ : Type u_2
C₂ : Type u_3
inst✝⁵ : AddCommGroup K₃
inst✝⁴ : Module R K₃
inst✝³ : AddCommGroup C₁
inst✝² : Module R C₁
inst✝¹ : AddCommGroup C₂
inst✝ : Module R C₂
ι₃ : K₃ →ₗ[R] M₃
hι₃ : Exact ⇑ι₃ ⇑i₃
π₁ : N₁ →ₗ[R] C₁
hπ₁ : Exact ⇑i₁ ⇑π₁
π₂ : N₂ →ₗ[R] C₂
hπ₂ : Exact ⇑i₂ ⇑π₂
G : C₁ →ₗ[R] C₂
hF : G ∘ₗ π₁ = π₂ ∘ₗ g₁
h : Surjective ⇑π₁
H₁ : ∀ (x : M₃), f₂ (σ x) = x
H₂ : ∀ (x : K₃), g₁ (ρ (i₂ (σ (ι₃ x)))) = i₂ (σ (ι₃ x))
x : N₁
H : G (π₁ x) = 0
y : M₂
hy : i₂ y = g₁ x
z : K₃
hz : ι₃ z = f₂ y
⊢ π₁ x ∈ Set.range ⇑(δ i₁ i₂ i₃ f₁ f₂ hf g₁ g₂ hg h₁ h₂ σ hσ ρ hρ ι₃ hι₃ π₁ hπ₁)

Tactic:
exact ⟨z, δ_eq i₁ i₂ i₃ f₁ f₂ hf g₁ g₂ hg h₁ h₂ σ hσ ρ hρ ι₃ hι₃ π₁ hπ₁ _ _ hz.symm _ hy.symm⟩

Result:
no goals

Proof state:
case mp.intro
R : Type u_1
inst✝¹⁸ : CommRing R
M₁ : Type u_7
M₂ : Type u_8
M₃ : Type u_9
N₁ : Type u_4
N₂ : Type u_5
N₃ : Type u_10
inst✝¹⁷ : AddCommGroup M₁
inst✝¹⁶ : Module R M₁
inst✝¹⁵ : AddCommGroup M₂
inst✝¹⁴ : Module R M₂
inst✝¹³ : AddCommGroup M₃
inst✝¹² : Module R M₃
inst✝¹¹ : AddCommGroup N₁
inst✝¹⁰ : Module R N₁
inst✝⁹ : AddCommGroup N₂
inst✝⁸ : Module R N₂
inst✝⁷ : AddCommGroup N₃
inst✝⁶ : Module R N₃
i₁ : M₁ →ₗ[R] N₁
i₂ : M₂ →ₗ[R] N₂
i₃ : M₃ →ₗ[R] N₃
f₁ : M₁ →ₗ[R] M₂
f₂ : M₂ →ₗ[R] M₃
hf : Exact ⇑f₁ ⇑f₂
g₁ : N₁ →ₗ[R] N₂
g₂ : N₂ →ₗ[R] N₃
hg : Exact ⇑g₁ ⇑g₂
h₁ : g₁ ∘ₗ i₁ = i₂ ∘ₗ f₁
h₂ : g₂ ∘ₗ i₂ = i₃ ∘ₗ f₂
σ : M₃ → M₂
hσ : ⇑f₂ ∘ σ = id
ρ : N₂ → N₁
hρ : ρ ∘ ⇑g₁ = id
K₃ : Type u_6
C₁ : Type u_2
C₂ : Type u_3
inst✝⁵ : AddCommGroup K₃
inst✝⁴ : Module R K₃
inst✝³ : AddCommGroup C₁
inst✝² : Module R C₁
inst✝¹ : AddCommGroup C₂
inst✝ : Module R C₂
ι₃ : K₃ →ₗ[R] M₃
hι₃ : Exact ⇑ι₃ ⇑i₃
π₁ : N₁ →ₗ[R] C₁
hπ₁ : Exact ⇑i₁ ⇑π₁
π₂ : N₂ →ₗ[R] C₂
hπ₂ : Exact ⇑i₂ ⇑π₂
G : C₁ →ₗ[R] C₂
hF : G ∘ₗ π₁ = π₂ ∘ₗ g₁
h : Surjective ⇑π₁
H₁ : ∀ (x : M₃), f₂ (σ x) = x
H₂ : ∀ (x : K₃), g₁ (ρ (i₂ (σ (ι₃ x)))) = i₂ (σ (ι₃ x))
x : N₁
H : G (π₁ x) = 0
⊢ π₁ x ∈ Set.range ⇑(δ i₁ i₂ i₃ f₁ f₂ hf g₁ g₂ hg h₁ h₂ σ hσ ρ hρ ι₃ hι₃ π₁ hπ₁)

Tactic:
obtain ⟨y, hy⟩ := (hπ₂ (g₁ x)).mp (by simpa only [← LinearMap.comp_apply, hF] using H)

Result:
case mp.intro.intro
R : Type u_1
inst✝¹⁸ : CommRing R
M₁ : Type u_7
M₂ : Type u_8
M₃ : Type u_9
N₁ : Type u_4
N₂ : Type u_5
N₃ : Type u_10
inst✝¹⁷ : AddCommGroup M₁
inst✝¹⁶ : Module R M₁
inst✝¹⁵ : AddCommGroup M₂
inst✝¹⁴ : Module R M₂
inst✝¹³ : AddCommGroup M₃
inst✝¹² : Module R M₃
inst✝¹¹ : AddCommGroup N₁
inst✝¹⁰ : Module R N₁
inst✝⁹ : AddCommGroup N₂
inst✝⁸ : Module R N₂
inst✝⁷ : AddCommGroup N₃
inst✝⁶ : Module R N₃
i₁ : M₁ →ₗ[R] N₁
i₂ : M₂ →ₗ[R] N₂
i₃ : M₃ →ₗ[R] N₃
f₁ : M₁ →ₗ[R] M₂
f₂ : M₂ →ₗ[R] M₃
hf : Exact ⇑f₁ ⇑f₂
g₁ : N₁ →ₗ[R] N₂
g₂ : N₂ →ₗ[R] N₃
hg : Exact ⇑g₁ ⇑g₂
h₁ : g₁ ∘ₗ i₁ = i₂ ∘ₗ f₁
h₂ : g₂ ∘ₗ i₂ = i₃ ∘ₗ f₂
σ : M₃ → M₂
hσ : ⇑f₂ ∘ σ = id
ρ : N₂ → N₁
hρ : ρ ∘ ⇑g₁ = id
K₃ : Type u_6
C₁ : Type u_2
C₂ : Type u_3
inst✝⁵ : AddCommGroup K₃
inst✝⁴ : Module R K₃
inst✝³ : AddCommGroup C₁
inst✝² : Module R C₁
inst✝¹ : AddCommGroup C₂
inst✝ : Module R C₂
ι₃ : K₃ →ₗ[R] M₃
hι₃ : Exact ⇑ι₃ ⇑i₃
π₁ : N₁ →ₗ[R] C₁
hπ₁ : Exact ⇑i₁ ⇑π₁
π₂ : N₂ →ₗ[R] C₂
hπ₂ : Exact ⇑i₂ ⇑π₂
G : C₁ →ₗ[R] C₂
hF : G ∘ₗ π₁ = π₂ ∘ₗ g₁
h : Surjective ⇑π₁
H₁ : ∀ (x : M₃), f₂ (σ x) = x
H₂ : ∀ (x : K₃), g₁ (ρ (i₂ (σ (ι₃ x)))) = i₂ (σ (ι₃ x))
x : N₁
H : G (π₁ x) = 0
y : M₂
hy : i₂ y = g₁ x
⊢ π₁ x ∈ Set.range ⇑(δ i₁ i₂ i₃ f₁ f₂ hf g₁ g₂ hg h₁ h₂ σ hσ ρ hρ ι₃ hι₃ π₁ hπ₁)

Proof state:
case mp.intro.intro
R : Type u_1
inst✝¹⁸ : CommRing R
M₁ : Type u_7
M₂ : Type u_8
M₃ : Type u_9
N₁ : Type u_4
N₂ : Type u_5
N₃ : Type u_10
inst✝¹⁷ : AddCommGroup M₁
inst✝¹⁶ : Module R M₁
inst✝¹⁵ : AddCommGroup M₂
inst✝¹⁴ : Module R M₂
inst✝¹³ : AddCommGroup M₃
inst✝¹² : Module R M₃
inst✝¹¹ : AddCommGroup N₁
inst✝¹⁰ : Module R N₁
inst✝⁹ : AddCommGroup N₂
inst✝⁸ : Module R N₂
inst✝⁷ : AddCommGroup N₃
inst✝⁶ : Module R N₃
i₁ : M₁ →ₗ[R] N₁
i₂ : M₂ →ₗ[R] N₂
i₃ : M₃ →ₗ[R] N₃
f₁ : M₁ →ₗ[R] M₂
f₂ : M₂ →ₗ[R] M₃
hf : Exact ⇑f₁ ⇑f₂
g₁ : N₁ →ₗ[R] N₂
g₂ : N₂ →ₗ[R] N₃
hg : Exact ⇑g₁ ⇑g₂
h₁ : g₁ ∘ₗ i₁ = i₂ ∘ₗ f₁
h₂ : g₂ ∘ₗ i₂ = i₃ ∘ₗ f₂
σ : M₃ → M₂
hσ : ⇑f₂ ∘ σ = id
ρ : N₂ → N₁
hρ : ρ ∘ ⇑g₁ = id
K₃ : Type u_6
C₁ : Type u_2
C₂ : Type u_3
inst✝⁵ : AddCommGroup K₃
inst✝⁴ : Module R K₃
inst✝³ : AddCommGroup C₁
inst✝² : Module R C₁
inst✝¹ : AddCommGroup C₂
inst✝ : Module R C₂
ι₃ : K₃ →ₗ[R] M₃
hι₃ : Exact ⇑ι₃ ⇑i₃
π₁ : N₁ →ₗ[R] C₁
hπ₁ : Exact ⇑i₁ ⇑π₁
π₂ : N₂ →ₗ[R] C₂
hπ₂ : Exact ⇑i₂ ⇑π₂
G : C₁ →ₗ[R] C₂
hF : G ∘ₗ π₁ = π₂ ∘ₗ g₁
h : Surjective ⇑π₁
H₁ : ∀ (x : M₃), f₂ (σ x) = x
H₂ : ∀ (x : K₃), g₁ (ρ (i₂ (σ (ι₃ x)))) = i₂ (σ (ι₃ x))
x : N₁
H : G (π₁ x) = 0
y : M₂
hy : i₂ y = g₁ x
⊢ π₁ x ∈ Set.range ⇑(δ i₁ i₂ i₃ f₁ f₂ hf g₁ g₂ hg h₁ h₂ σ hσ ρ hρ ι₃ hι₃ π₁ hπ₁)

Tactic:
obtain ⟨z, hz⟩ : f₂ y ∈ range ι₃ := (hι₃ (f₂ y)).mp (by rw [← i₃.comp_apply, ← h₂,
  g₂.comp_apply, hy, hg.apply_apply_eq_zero])

Result:
case mp.intro.intro.intro
R : Type u_1
inst✝¹⁸ : CommRing R
M₁ : Type u_7
M₂ : Type u_8
M₃ : Type u_9
N₁ : Type u_4
N₂ : Type u_5
N₃ : Type u_10
inst✝¹⁷ : AddCommGroup M₁
inst✝¹⁶ : Module R M₁
inst✝¹⁵ : AddCommGroup M₂
inst✝¹⁴ : Module R M₂
inst✝¹³ : AddCommGroup M₃
inst✝¹² : Module R M₃
inst✝¹¹ : AddCommGroup N₁
inst✝¹⁰ : Module R N₁
inst✝⁹ : AddCommGroup N₂
inst✝⁸ : Module R N₂
inst✝⁷ : AddCommGroup N₃
inst✝⁶ : Module R N₃
i₁ : M₁ →ₗ[R] N₁
i₂ : M₂ →ₗ[R] N₂
i₃ : M₃ →ₗ[R] N₃
f₁ : M₁ →ₗ[R] M₂
f₂ : M₂ →ₗ[R] M₃
hf : Exact ⇑f₁ ⇑f₂
g₁ : N₁ →ₗ[R] N₂
g₂ : N₂ →ₗ[R] N₃
hg : Exact ⇑g₁ ⇑g₂
h₁ : g₁ ∘ₗ i₁ = i₂ ∘ₗ f₁
h₂ : g₂ ∘ₗ i₂ = i₃ ∘ₗ f₂
σ : M₃ → M₂
hσ : ⇑f₂ ∘ σ = id
ρ : N₂ → N₁
hρ : ρ ∘ ⇑g₁ = id
K₃ : Type u_6
C₁ : Type u_2
C₂ : Type u_3
inst✝⁵ : AddCommGroup K₃
inst✝⁴ : Module R K₃
inst✝³ : AddCommGroup C₁
inst✝² : Module R C₁
inst✝¹ : AddCommGroup C₂
inst✝ : Module R C₂
ι₃ : K₃ →ₗ[R] M₃
hι₃ : Exact ⇑ι₃ ⇑i₃
π₁ : N₁ →ₗ[R] C₁
hπ₁ : Exact ⇑i₁ ⇑π₁
π₂ : N₂ →ₗ[R] C₂
hπ₂ : Exact ⇑i₂ ⇑π₂
G : C₁ →ₗ[R] C₂
hF : G ∘ₗ π₁ = π₂ ∘ₗ g₁
h : Surjective ⇑π₁
H₁ : ∀ (x : M₃), f₂ (σ x) = x
H₂ : ∀ (x : K₃), g₁ (ρ (i₂ (σ (ι₃ x)))) = i₂ (σ (ι₃ x))
x : N₁
H : G (π₁ x) = 0
y : M₂
hy : i₂ y = g₁ x
z : K₃
hz : ι₃ z = f₂ y
⊢ π₁ x ∈ Set.range ⇑(δ i₁ i₂ i₃ f₁ f₂ hf g₁ g₂ hg h₁ h₂ σ hσ ρ hρ ι₃ hι₃ π₁ hπ₁)