-- Mathlib/CategoryTheory/Filtered/Basic.lean
theorem sup_exists :
    ∃ (S : C) (T : ∀ {X : C}, X ∈ O → (X ⟶ S)),
      ∀ {X Y : C} (mX : X ∈ O) (mY : Y ∈ O) {f : X ⟶ Y},
        (⟨X, Y, mX, mY, f⟩ : Σ' (X Y : C) (_ : X ∈ O) (_ : Y ∈ O), X ⟶ Y) ∈ H →
          f ≫ T mY = T mX

Proof state:
case insert.mk.mk.mk.mk.intro.intro
C : Type u
inst✝¹ : Category.{v, u} C
inst✝ : IsFiltered C
O : Finset C
H H' : Finset ((X : C) ×' (Y : C) ×' (_ : X ∈ O) ×' (_ : Y ∈ O) ×' (X ⟶ Y))
X Y : C
mX : X ∈ O
mY : Y ∈ O
f : X ⟶ Y
nmf : ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∉ H'
S' : C
T' : {X : C} → X ∈ O → (X ⟶ S')
w' : ∀ {X Y : C} (mX : X ∈ O) (mY : Y ∈ O) {f : X ⟶ Y}, ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∈ H' → f ≫ T' mY = T' mX
X' Y' : C
mX' : X' ∈ O
mY' : Y' ∈ O
f' : X' ⟶ Y'
mf' : ⟨X', ⟨Y', ⟨mX', ⟨mY', f'⟩⟩⟩⟩ ∈ insert ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ H'
⊢ f' ≫ (fun {X_1} mZ => T' mZ ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX)) mY' =
    (fun {X_1} mZ => T' mZ ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX)) mX'

Tactic:
rw [← Category.assoc]

Result:
case insert.mk.mk.mk.mk.intro.intro
C : Type u
inst✝¹ : Category.{v, u} C
inst✝ : IsFiltered C
O : Finset C
H H' : Finset ((X : C) ×' (Y : C) ×' (_ : X ∈ O) ×' (_ : Y ∈ O) ×' (X ⟶ Y))
X Y : C
mX : X ∈ O
mY : Y ∈ O
f : X ⟶ Y
nmf : ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∉ H'
S' : C
T' : {X : C} → X ∈ O → (X ⟶ S')
w' : ∀ {X Y : C} (mX : X ∈ O) (mY : Y ∈ O) {f : X ⟶ Y}, ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∈ H' → f ≫ T' mY = T' mX
X' Y' : C
mX' : X' ∈ O
mY' : Y' ∈ O
f' : X' ⟶ Y'
mf' : ⟨X', ⟨Y', ⟨mX', ⟨mY', f'⟩⟩⟩⟩ ∈ insert ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ H'
⊢ (f' ≫ T' mY') ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX) = (fun {X_1} mZ => T' mZ ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX)) mX'

Proof state:
case pos
C : Type u
inst✝¹ : Category.{v, u} C
inst✝ : IsFiltered C
O : Finset C
H H' : Finset ((X : C) ×' (Y : C) ×' (_ : X ∈ O) ×' (_ : Y ∈ O) ×' (X ⟶ Y))
X Y : C
mX : X ∈ O
mY : Y ∈ O
f : X ⟶ Y
nmf : ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∉ H'
S' : C
T' : {X : C} → X ∈ O → (X ⟶ S')
w' : ∀ {X Y : C} (mX : X ∈ O) (mY : Y ∈ O) {f : X ⟶ Y}, ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∈ H' → f ≫ T' mY = T' mX
mX' : X ∈ O
mY' : Y ∈ O
f' : X ⟶ Y
mf' : ⟨X, ⟨Y, ⟨mX', ⟨mY', f'⟩⟩⟩⟩ ∈ insert ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ H'
hf : f = f'
⊢ (f' ≫ T' mY') ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX) = (fun {X_1} mZ => T' mZ ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX)) mX'

Tactic:
subst hf

Result:
case pos
C : Type u
inst✝¹ : Category.{v, u} C
inst✝ : IsFiltered C
O : Finset C
H H' : Finset ((X : C) ×' (Y : C) ×' (_ : X ∈ O) ×' (_ : Y ∈ O) ×' (X ⟶ Y))
X Y : C
mX : X ∈ O
mY : Y ∈ O
f : X ⟶ Y
nmf : ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∉ H'
S' : C
T' : {X : C} → X ∈ O → (X ⟶ S')
w' : ∀ {X Y : C} (mX : X ∈ O) (mY : Y ∈ O) {f : X ⟶ Y}, ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∈ H' → f ≫ T' mY = T' mX
mX' : X ∈ O
mY' : Y ∈ O
mf' : ⟨X, ⟨Y, ⟨mX', ⟨mY', f⟩⟩⟩⟩ ∈ insert ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ H'
⊢ (f ≫ T' mY') ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX) = (fun {X_1} mZ => T' mZ ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX)) mX'

Proof state:
case neg
C : Type u
inst✝¹ : Category.{v, u} C
inst✝ : IsFiltered C
O : Finset C
H H' : Finset ((X : C) ×' (Y : C) ×' (_ : X ∈ O) ×' (_ : Y ∈ O) ×' (X ⟶ Y))
X Y : C
mX : X ∈ O
mY : Y ∈ O
f : X ⟶ Y
nmf : ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∉ H'
S' : C
T' : {X : C} → X ∈ O → (X ⟶ S')
w' : ∀ {X Y : C} (mX : X ∈ O) (mY : Y ∈ O) {f : X ⟶ Y}, ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∈ H' → f ≫ T' mY = T' mX
mX' : X ∈ O
mY' : Y ∈ O
f' : X ⟶ Y
hf : ¬f = f'
mf' : f' = f ∨ ⟨X, ⟨Y, ⟨mX', ⟨mY', f'⟩⟩⟩⟩ ∈ H'
⊢ ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f'⟩⟩⟩⟩ ∈ H'

Tactic:
rcases mf' with mf' | mf'

Result:
case neg.inl
C : Type u
inst✝¹ : Category.{v, u} C
inst✝ : IsFiltered C
O : Finset C
H H' : Finset ((X : C) ×' (Y : C) ×' (_ : X ∈ O) ×' (_ : Y ∈ O) ×' (X ⟶ Y))
X Y : C
mX : X ∈ O
mY : Y ∈ O
f : X ⟶ Y
nmf : ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∉ H'
S' : C
T' : {X : C} → X ∈ O → (X ⟶ S')
w' : ∀ {X Y : C} (mX : X ∈ O) (mY : Y ∈ O) {f : X ⟶ Y}, ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∈ H' → f ≫ T' mY = T' mX
mX' : X ∈ O
mY' : Y ∈ O
f' : X ⟶ Y
hf : ¬f = f'
mf' : f' = f
⊢ ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f'⟩⟩⟩⟩ ∈ H'

case neg.inr
C : Type u
inst✝¹ : Category.{v, u} C
inst✝ : IsFiltered C
O : Finset C
H H' : Finset ((X : C) ×' (Y : C) ×' (_ : X ∈ O) ×' (_ : Y ∈ O) ×' (X ⟶ Y))
X Y : C
mX : X ∈ O
mY : Y ∈ O
f : X ⟶ Y
nmf : ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∉ H'
S' : C
T' : {X : C} → X ∈ O → (X ⟶ S')
w' : ∀ {X Y : C} (mX : X ∈ O) (mY : Y ∈ O) {f : X ⟶ Y}, ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∈ H' → f ≫ T' mY = T' mX
mX' : X ∈ O
mY' : Y ∈ O
f' : X ⟶ Y
hf : ¬f = f'
mf' : ⟨X, ⟨Y, ⟨mX', ⟨mY', f'⟩⟩⟩⟩ ∈ H'
⊢ ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f'⟩⟩⟩⟩ ∈ H'

Proof state:
C : Type u
inst✝¹ : Category.{v, u} C
inst✝ : IsFiltered C
O : Finset C
H : Finset ((X : C) ×' (Y : C) ×' (_ : X ∈ O) ×' (_ : Y ∈ O) ×' (X ⟶ Y))
S : C
f : ∀ {X : C}, X ∈ O → Nonempty (X ⟶ S)
⊢ ∀ {X Y : C} (mX : X ∈ O) (mY : Y ∈ O) {f_1 : X ⟶ Y},
    ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f_1⟩⟩⟩⟩ ∈ ∅ → f_1 ≫ (fun {X} mX => ⋯.some) mY = (fun {X} mX => ⋯.some) mX

Tactic:
rintro - - - - - ⟨⟩

Result:
no goals

Proof state:
case insert.mk.mk.mk.mk.intro.intro
C : Type u
inst✝¹ : Category.{v, u} C
inst✝ : IsFiltered C
O : Finset C
H H' : Finset ((X : C) ×' (Y : C) ×' (_ : X ∈ O) ×' (_ : Y ∈ O) ×' (X ⟶ Y))
X Y : C
mX : X ∈ O
mY : Y ∈ O
f : X ⟶ Y
nmf : ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∉ H'
S' : C
T' : {X : C} → X ∈ O → (X ⟶ S')
w' : ∀ {X Y : C} (mX : X ∈ O) (mY : Y ∈ O) {f : X ⟶ Y}, ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∈ H' → f ≫ T' mY = T' mX
X' Y' : C
mX' : X' ∈ O
mY' : Y' ∈ O
f' : X' ⟶ Y'
mf' : ⟨X', ⟨Y', ⟨mX', ⟨mY', f'⟩⟩⟩⟩ ∈ insert ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ H'
⊢ (f' ≫ T' mY') ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX) = (fun {X_1} mZ => T' mZ ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX)) mX'

Tactic:
by_cases h : X = X' ∧ Y = Y'

Result:
case pos
C : Type u
inst✝¹ : Category.{v, u} C
inst✝ : IsFiltered C
O : Finset C
H H' : Finset ((X : C) ×' (Y : C) ×' (_ : X ∈ O) ×' (_ : Y ∈ O) ×' (X ⟶ Y))
X Y : C
mX : X ∈ O
mY : Y ∈ O
f : X ⟶ Y
nmf : ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∉ H'
S' : C
T' : {X : C} → X ∈ O → (X ⟶ S')
w' : ∀ {X Y : C} (mX : X ∈ O) (mY : Y ∈ O) {f : X ⟶ Y}, ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∈ H' → f ≫ T' mY = T' mX
X' Y' : C
mX' : X' ∈ O
mY' : Y' ∈ O
f' : X' ⟶ Y'
mf' : ⟨X', ⟨Y', ⟨mX', ⟨mY', f'⟩⟩⟩⟩ ∈ insert ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ H'
h : X = X' ∧ Y = Y'
⊢ (f' ≫ T' mY') ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX) = (fun {X_1} mZ => T' mZ ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX)) mX'

case neg
C : Type u
inst✝¹ : Category.{v, u} C
inst✝ : IsFiltered C
O : Finset C
H H' : Finset ((X : C) ×' (Y : C) ×' (_ : X ∈ O) ×' (_ : Y ∈ O) ×' (X ⟶ Y))
X Y : C
mX : X ∈ O
mY : Y ∈ O
f : X ⟶ Y
nmf : ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∉ H'
S' : C
T' : {X : C} → X ∈ O → (X ⟶ S')
w' : ∀ {X Y : C} (mX : X ∈ O) (mY : Y ∈ O) {f : X ⟶ Y}, ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ ∈ H' → f ≫ T' mY = T' mX
X' Y' : C
mX' : X' ∈ O
mY' : Y' ∈ O
f' : X' ⟶ Y'
mf' : ⟨X', ⟨Y', ⟨mX', ⟨mY', f'⟩⟩⟩⟩ ∈ insert ⟨X, ⟨Y, ⟨mX, ⟨mY, f⟩⟩⟩⟩ H'
h : ¬(X = X' ∧ Y = Y')
⊢ (f' ≫ T' mY') ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX) = (fun {X_1} mZ => T' mZ ≫ coeqHom (f ≫ T' mY) (T' mX)) mX'