-- Mathlib/CategoryTheory/Abelian/CommSq.lean
/--
Given a commutative diagram in an abelian category
```
X₁ ⟶ X₂
|    |  \
v    v   \
X₃ ⟶ X₄   \
 \     \   v
  \     \> X₅
   \_____>
```
where the top/left square is a pushout square,
the outer square involving `X₁`, `X₂`, `X₃` and `X₅`
is a pullback square, and `X₂ ⟶ X₅` is mono,
then `X₄ ⟶ X₅` is a mono.
-/
lemma mono_of_isPullback_of_mono
    (h₁ : IsPushout t l r b) {X₅ : C} {r' : X₂ ⟶ X₅} {b' : X₃ ⟶ X₅}
    (h₂ : IsPullback t l r' b') (k : X₄ ⟶ X₅)
    (fac₁ : r ≫ k = r') (fac₂ : b ≫ k = b') [Mono r'] : Mono k :=
  Preadditive.mono_of_cancel_zero _ (fun {T₀} x₄ hx₄ ↦ by
    obtain ⟨T₁, π, _, x₂, x₃, eq⟩ := hom_eq_add_up_to_refinements h₁ x₄
    have fac₃ : (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b'

Proof state:
C : Type u
inst✝² : Category.{v, u} C
inst✝¹ : Abelian C
X₁ X₂ X₃ X₄ : C
t : X₁ ⟶ X₂
l : X₁ ⟶ X₃
r : X₂ ⟶ X₄
b : X₃ ⟶ X₄
h₁ : IsPushout t l r b
X₅ : C
r' : X₂ ⟶ X₅
b' : X₃ ⟶ X₅
h₂ : IsPullback t l r' b'
k : X₄ ⟶ X₅
fac₁ : r ≫ k = r'
fac₂ : b ≫ k = b'
inst✝ : Mono r'
T₀ : C
x₄ : T₀ ⟶ X₄
hx₄ : x₄ ≫ k = 0
T₁ : C
π : T₁ ⟶ T₀
w✝ : Epi π
x₂ : T₁ ⟶ X₂
x₃ : T₁ ⟶ X₃
eq : π ≫ x₄ = x₂ ≫ r + x₃ ≫ b
⊢ (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b'

Tactic:
rw [Preadditive.neg_comp, neg_eq_iff_add_eq_zero, ← fac₂, ← fac₁,
  ← assoc, ← assoc, ← Preadditive.add_comp, ← eq, assoc, hx₄, comp_zero]

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
C : Type u
inst✝² : Category.{v, u} C
inst✝¹ : Abelian C
X₁ X₂ X₃ X₄ : C
t : X₁ ⟶ X₂
l : X₁ ⟶ X₃
r : X₂ ⟶ X₄
b : X₃ ⟶ X₄
h₁ : IsPushout t l r b
X₅ : C
r' : X₂ ⟶ X₅
b' : X₃ ⟶ X₅
h₂ : IsPullback t l r' b'
k : X₄ ⟶ X₅
fac₁ : r ≫ k = r'
fac₂ : b ≫ k = b'
inst✝ : Mono r'
T₀ : C
x₄ : T₀ ⟶ X₄
hx₄ : x₄ ≫ k = 0
T₁ : C
π : T₁ ⟶ T₀
w✝ : Epi π
x₂ : T₁ ⟶ X₂
x₃ : T₁ ⟶ X₃
eq : π ≫ x₄ = x₂ ≫ r + x₃ ≫ b
fac₃ : (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b'
x₂' : T₁ ⟶ X₂
hx₂' : π ≫ x₄ = x₂' ≫ r
⊢ x₄ = 0

Tactic:
rw [← cancel_epi π, comp_zero, reassoc_of% hx₂', fac₁] at hx₄

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
C : Type u
inst✝² : Category.{v, u} C
inst✝¹ : Abelian C
X₁ X₂ X₃ X₄ : C
t : X₁ ⟶ X₂
l : X₁ ⟶ X₃
r : X₂ ⟶ X₄
b : X₃ ⟶ X₄
h₁ : IsPushout t l r b
X₅ : C
r' : X₂ ⟶ X₅
b' : X₃ ⟶ X₅
h₂ : IsPullback t l r' b'
k : X₄ ⟶ X₅
fac₁ : r ≫ k = r'
fac₂ : b ≫ k = b'
inst✝ : Mono r'
T₀ : C
x₄ : T₀ ⟶ X₄
T₁ : C
π : T₁ ⟶ T₀
w✝ : Epi π
x₂ : T₁ ⟶ X₂
x₃ : T₁ ⟶ X₃
eq : π ≫ x₄ = x₂ ≫ r + x₃ ≫ b
fac₃ : (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b'
x₂' : T₁ ⟶ X₂
hx₄ : x₂' ≫ r' = 0
hx₂' : π ≫ x₄ = x₂' ≫ r
⊢ x₄ = 0

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
C : Type u
inst✝² : Category.{v, u} C
inst✝¹ : Abelian C
X₁ X₂ X₃ X₄ : C
t : X₁ ⟶ X₂
l : X₁ ⟶ X₃
r : X₂ ⟶ X₄
b : X₃ ⟶ X₄
h₁ : IsPushout t l r b
X₅ : C
r' : X₂ ⟶ X₅
b' : X₃ ⟶ X₅
h₂ : IsPullback t l r' b'
k : X₄ ⟶ X₅
fac₁ : r ≫ k = r'
fac₂ : b ≫ k = b'
inst✝ : Mono r'
T₀ : C
x₄ : T₀ ⟶ X₄
T₁ : C
π : T₁ ⟶ T₀
w✝ : Epi π
x₂ : T₁ ⟶ X₂
x₃ : T₁ ⟶ X₃
eq : π ≫ x₄ = x₂ ≫ r + x₃ ≫ b
fac₃ : (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b'
x₂' : T₁ ⟶ X₂
hx₄ : x₂' ≫ r' = 0
hx₂' : π ≫ x₄ = x₂' ≫ r
⊢ x₄ = 0

Tactic:
obtain rfl := zero_of_comp_mono _ hx₄

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
C : Type u
inst✝² : Category.{v, u} C
inst✝¹ : Abelian C
X₁ X₂ X₃ X₄ : C
t : X₁ ⟶ X₂
l : X₁ ⟶ X₃
r : X₂ ⟶ X₄
b : X₃ ⟶ X₄
h₁ : IsPushout t l r b
X₅ : C
r' : X₂ ⟶ X₅
b' : X₃ ⟶ X₅
h₂ : IsPullback t l r' b'
k : X₄ ⟶ X₅
fac₁ : r ≫ k = r'
fac₂ : b ≫ k = b'
inst✝ : Mono r'
T₀ : C
x₄ : T₀ ⟶ X₄
T₁ : C
π : T₁ ⟶ T₀
w✝ : Epi π
x₂ : T₁ ⟶ X₂
x₃ : T₁ ⟶ X₃
eq : π ≫ x₄ = x₂ ≫ r + x₃ ≫ b
fac₃ : (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b'
hx₄ : 0 ≫ r' = 0
hx₂' : π ≫ x₄ = 0 ≫ r
⊢ x₄ = 0

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro
C : Type u
inst✝² : Category.{v, u} C
inst✝¹ : Abelian C
X₁ X₂ X₃ X₄ : C
t : X₁ ⟶ X₂
l : X₁ ⟶ X₃
r : X₂ ⟶ X₄
b : X₃ ⟶ X₄
h₁ : IsPushout t l r b
X₅ : C
r' : X₂ ⟶ X₅
b' : X₃ ⟶ X₅
h₂ : IsPullback t l r' b'
k : X₄ ⟶ X₅
fac₁ : r ≫ k = r'
fac₂ : b ≫ k = b'
inst✝ : Mono r'
T₀ : C
x₄ : T₀ ⟶ X₄
hx₄ : x₄ ≫ k = 0
T₁ : C
π : T₁ ⟶ T₀
w✝ : Epi π
x₂ : T₁ ⟶ X₂
x₃ : T₁ ⟶ X₃
eq : π ≫ x₄ = x₂ ≫ r + x₃ ≫ b
⊢ x₄ = 0

Tactic:
have fac₃ : (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b' := by
  rw [Preadditive.neg_comp, neg_eq_iff_add_eq_zero, ← fac₂, ← fac₁,
    ← assoc, ← assoc, ← Preadditive.add_comp, ← eq, assoc, hx₄, comp_zero]

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro
C : Type u
inst✝² : Category.{v, u} C
inst✝¹ : Abelian C
X₁ X₂ X₃ X₄ : C
t : X₁ ⟶ X₂
l : X₁ ⟶ X₃
r : X₂ ⟶ X₄
b : X₃ ⟶ X₄
h₁ : IsPushout t l r b
X₅ : C
r' : X₂ ⟶ X₅
b' : X₃ ⟶ X₅
h₂ : IsPullback t l r' b'
k : X₄ ⟶ X₅
fac₁ : r ≫ k = r'
fac₂ : b ≫ k = b'
inst✝ : Mono r'
T₀ : C
x₄ : T₀ ⟶ X₄
hx₄ : x₄ ≫ k = 0
T₁ : C
π : T₁ ⟶ T₀
w✝ : Epi π
x₂ : T₁ ⟶ X₂
x₃ : T₁ ⟶ X₃
eq : π ≫ x₄ = x₂ ≫ r + x₃ ≫ b
fac₃ : (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b'
⊢ x₄ = 0

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro
C : Type u
inst✝² : Category.{v, u} C
inst✝¹ : Abelian C
X₁ X₂ X₃ X₄ : C
t : X₁ ⟶ X₂
l : X₁ ⟶ X₃
r : X₂ ⟶ X₄
b : X₃ ⟶ X₄
h₁ : IsPushout t l r b
X₅ : C
r' : X₂ ⟶ X₅
b' : X₃ ⟶ X₅
h₂ : IsPullback t l r' b'
k : X₄ ⟶ X₅
fac₁ : r ≫ k = r'
fac₂ : b ≫ k = b'
inst✝ : Mono r'
T₀ : C
x₄ : T₀ ⟶ X₄
hx₄ : x₄ ≫ k = 0
T₁ : C
π : T₁ ⟶ T₀
w✝ : Epi π
x₂ : T₁ ⟶ X₂
x₃ : T₁ ⟶ X₃
eq : π ≫ x₄ = x₂ ≫ r + x₃ ≫ b
fac₃ : (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b'
⊢ x₄ = 0

Tactic:
obtain ⟨x₂', hx₂'⟩ : ∃ x₂', π ≫ x₄ = x₂' ≫ r := by
  refine ⟨x₂ + h₂.lift (-x₂) x₃ fac₃ ≫ t, ?_⟩
  rw [eq, Preadditive.add_comp, assoc, h₁.w, IsPullback.lift_snd_assoc, add_comm]

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
C : Type u
inst✝² : Category.{v, u} C
inst✝¹ : Abelian C
X₁ X₂ X₃ X₄ : C
t : X₁ ⟶ X₂
l : X₁ ⟶ X₃
r : X₂ ⟶ X₄
b : X₃ ⟶ X₄
h₁ : IsPushout t l r b
X₅ : C
r' : X₂ ⟶ X₅
b' : X₃ ⟶ X₅
h₂ : IsPullback t l r' b'
k : X₄ ⟶ X₅
fac₁ : r ≫ k = r'
fac₂ : b ≫ k = b'
inst✝ : Mono r'
T₀ : C
x₄ : T₀ ⟶ X₄
hx₄ : x₄ ≫ k = 0
T₁ : C
π : T₁ ⟶ T₀
w✝ : Epi π
x₂ : T₁ ⟶ X₂
x₃ : T₁ ⟶ X₃
eq : π ≫ x₄ = x₂ ≫ r + x₃ ≫ b
fac₃ : (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b'
x₂' : T₁ ⟶ X₂
hx₂' : π ≫ x₄ = x₂' ≫ r
⊢ x₄ = 0

Proof state:
C : Type u
inst✝² : Category.{v, u} C
inst✝¹ : Abelian C
X₁ X₂ X₃ X₄ : C
t : X₁ ⟶ X₂
l : X₁ ⟶ X₃
r : X₂ ⟶ X₄
b : X₃ ⟶ X₄
h₁ : IsPushout t l r b
X₅ : C
r' : X₂ ⟶ X₅
b' : X₃ ⟶ X₅
h₂ : IsPullback t l r' b'
k : X₄ ⟶ X₅
fac₁ : r ≫ k = r'
fac₂ : b ≫ k = b'
inst✝ : Mono r'
T₀ : C
x₄ : T₀ ⟶ X₄
hx₄ : x₄ ≫ k = 0
T₁ : C
π : T₁ ⟶ T₀
w✝ : Epi π
x₂ : T₁ ⟶ X₂
x₃ : T₁ ⟶ X₃
eq : π ≫ x₄ = x₂ ≫ r + x₃ ≫ b
fac₃ : (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b'
⊢ π ≫ x₄ = (x₂ + h₂.lift (-x₂) x₃ fac₃ ≫ t) ≫ r

Tactic:
rw [eq, Preadditive.add_comp, assoc, h₁.w, IsPullback.lift_snd_assoc, add_comm]

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
C : Type u
inst✝² : Category.{v, u} C
inst✝¹ : Abelian C
X₁ X₂ X₃ X₄ : C
t : X₁ ⟶ X₂
l : X₁ ⟶ X₃
r : X₂ ⟶ X₄
b : X₃ ⟶ X₄
h₁ : IsPushout t l r b
X₅ : C
r' : X₂ ⟶ X₅
b' : X₃ ⟶ X₅
h₂ : IsPullback t l r' b'
k : X₄ ⟶ X₅
fac₁ : r ≫ k = r'
fac₂ : b ≫ k = b'
inst✝ : Mono r'
T₀ : C
x₄ : T₀ ⟶ X₄
T₁ : C
π : T₁ ⟶ T₀
w✝ : Epi π
x₂ : T₁ ⟶ X₂
x₃ : T₁ ⟶ X₃
eq : π ≫ x₄ = x₂ ≫ r + x₃ ≫ b
fac₃ : (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b'
hx₄ : 0 ≫ r' = 0
hx₂' : π ≫ x₄ = 0
⊢ x₄ = 0

Tactic:
rw [← cancel_epi π, hx₂', comp_zero]

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
C : Type u
inst✝² : Category.{v, u} C
inst✝¹ : Abelian C
X₁ X₂ X₃ X₄ : C
t : X₁ ⟶ X₂
l : X₁ ⟶ X₃
r : X₂ ⟶ X₄
b : X₃ ⟶ X₄
h₁ : IsPushout t l r b
X₅ : C
r' : X₂ ⟶ X₅
b' : X₃ ⟶ X₅
h₂ : IsPullback t l r' b'
k : X₄ ⟶ X₅
fac₁ : r ≫ k = r'
fac₂ : b ≫ k = b'
inst✝ : Mono r'
T₀ : C
x₄ : T₀ ⟶ X₄
T₁ : C
π : T₁ ⟶ T₀
w✝ : Epi π
x₂ : T₁ ⟶ X₂
x₃ : T₁ ⟶ X₃
eq : π ≫ x₄ = x₂ ≫ r + x₃ ≫ b
fac₃ : (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b'
hx₄ : 0 ≫ r' = 0
hx₂' : π ≫ x₄ = 0 ≫ r
⊢ x₄ = 0

Tactic:
rw [zero_comp] at hx₂'

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
C : Type u
inst✝² : Category.{v, u} C
inst✝¹ : Abelian C
X₁ X₂ X₃ X₄ : C
t : X₁ ⟶ X₂
l : X₁ ⟶ X₃
r : X₂ ⟶ X₄
b : X₃ ⟶ X₄
h₁ : IsPushout t l r b
X₅ : C
r' : X₂ ⟶ X₅
b' : X₃ ⟶ X₅
h₂ : IsPullback t l r' b'
k : X₄ ⟶ X₅
fac₁ : r ≫ k = r'
fac₂ : b ≫ k = b'
inst✝ : Mono r'
T₀ : C
x₄ : T₀ ⟶ X₄
T₁ : C
π : T₁ ⟶ T₀
w✝ : Epi π
x₂ : T₁ ⟶ X₂
x₃ : T₁ ⟶ X₃
eq : π ≫ x₄ = x₂ ≫ r + x₃ ≫ b
fac₃ : (-x₂) ≫ r' = x₃ ≫ b'
hx₄ : 0 ≫ r' = 0
hx₂' : π ≫ x₄ = 0
⊢ x₄ = 0