-- Mathlib/LinearAlgebra/Dimension/DivisionRing.lean
theorem rank_add_rank_split (db : V₂ →ₗ[K] V) (eb : V₃ →ₗ[K] V) (cd : V₁ →ₗ[K] V₂)
    (ce : V₁ →ₗ[K] V₃) (hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb) (hgd : ker cd = ⊥)
    (eq : db.comp cd = eb.comp ce) (eq₂ : ∀ d e, db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e) :
    Module.rank K V + Module.rank K V₁ = Module.rank K V₂ + Module.rank K V₃

Proof state:
case e_a.f.refine_2.mk
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde✝ : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
L : V₁ →ₗ[K] ↥(ker (db.coprod eb)) := LinearMap.codRestrict (ker (db.coprod eb)) (cd.prod (-ce)) ⋯
d : V₂
e : V₃
h : db d = -eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = -e
hde : db d = -eb e
⊢ ∃ y, cd y = d ∧ -ce y = e

Tactic:
rcases h hde with ⟨c, h₁, h₂⟩

Result:
case e_a.f.refine_2.mk.intro.intro
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde✝ : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
L : V₁ →ₗ[K] ↥(ker (db.coprod eb)) := LinearMap.codRestrict (ker (db.coprod eb)) (cd.prod (-ce)) ⋯
d : V₂
e : V₃
h : db d = -eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = -e
hde : db d = -eb e
c : V₁
h₁ : cd c = d
h₂ : ce c = -e
⊢ ∃ y, cd y = d ∧ -ce y = e

Proof state:
case e_a
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
⊢ Module.rank K V₁ = Module.rank K ↥(ker (db.coprod eb))

Tactic:
apply LinearEquiv.rank_eq

Result:
case e_a.f
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
⊢ V₁ ≃ₗ[K] ↥(ker (db.coprod eb))

Proof state:
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
⊢ Module.rank K V + Module.rank K V₁ = Module.rank K V₂ + Module.rank K V₃

Tactic:
conv =>
  rhs
  rw [← rank_prod', rank_eq_of_surjective hf]

Result:
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
⊢ Module.rank K V + Module.rank K V₁ = Module.rank K V + Module.rank K ↥(ker (db.coprod eb))

Proof state:
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
⊢ Module.rank K V + Module.rank K V₁ = Module.rank K V + Module.rank K ↥(ker (db.coprod eb))

Tactic:
congr 1

Result:
case e_a
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
⊢ Module.rank K V₁ = Module.rank K ↥(ker (db.coprod eb))

Proof state:
case e_a.f.refine_2
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
L : V₁ →ₗ[K] ↥(ker (db.coprod eb)) := LinearMap.codRestrict (ker (db.coprod eb)) (cd.prod (-ce)) ⋯
⊢ Surjective ⇑L

Tactic:
rw [← range_eq_top, eq_top_iff, range_codRestrict, ← map_le_iff_le_comap,
  Submodule.map_top, range_subtype]

Result:
case e_a.f.refine_2
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
L : V₁ →ₗ[K] ↥(ker (db.coprod eb)) := LinearMap.codRestrict (ker (db.coprod eb)) (cd.prod (-ce)) ⋯
⊢ ker (db.coprod eb) ≤ LinearMap.range (cd.prod (-ce))

Proof state:
case e_a.f.refine_2.mk.intro.intro
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde✝ : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
L : V₁ →ₗ[K] ↥(ker (db.coprod eb)) := LinearMap.codRestrict (ker (db.coprod eb)) (cd.prod (-ce)) ⋯
d : V₂
e : V₃
h : db d = -eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = -e
hde : db d = -eb e
c : V₁
h₁ : cd c = d
h₂ : ce c = -e
⊢ -ce c = e

Tactic:
rw [h₂, _root_.neg_neg]

Result:
no goals