-- Mathlib/Topology/TietzeExtension.lean
theorem exists_extension_forall_exists_le_ge_of_isClosedEmbedding [Nonempty X] (f : X →ᵇ ℝ)
    {e : X → Y} (he : IsClosedEmbedding e) :
    ∃ g : Y →ᵇ ℝ, (∀ y, ∃ x₁ x₂, g y ∈ Icc (f x₁) (f x₂)) ∧ g ∘ e = f

Proof state:
case inl
X : Type u_1
Y : Type u_2
inst✝³ : TopologicalSpace X
inst✝² : TopologicalSpace Y
inst✝¹ : NormalSpace Y
inst✝ : Nonempty X
f : X →ᵇ ℝ
e : X → Y
he : IsClosedEmbedding e
inhabited_h : Inhabited X
a : ℝ
ha : IsGLB (range ⇑f) a
g : Y →ᵇ ℝ
xl : Y → X
hxl : ∀ (y : Y), f (xl y) ≤ g y
dg : Y →ᵇ ℝ
hgf : ∀ (x : X), (g - dg) (e x) = f x
y : Y
hb : IsLUB (range ⇑f) (g y)
hmem : ∀ (x : X), f x ∈ Icc a (g y)
hle : a ≤ g y
hlt : a < g y
c : ℝ := (a + g y) / 2
hac : a < c
hcb : c < g y
hsub : c - a = g y - c
hgb : ∀ (y_1 : Y), g y_1 ≤ g y
hb' : ¬∃ x, f x = g y
hd : Disjoint (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Iic c) (⇑g ⁻¹' {g y})
dg0 : EqOn (⇑dg) (Function.const Y 0) (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Iic c)
dgb : EqOn (⇑dg) (Function.const Y (g y - c)) (⇑g ⁻¹' {g y})
dgmem : ∀ (x : Y), dg x ∈ Icc 0 (g y - c)
⊢ (g - dg) y < g y

Tactic:
refine (sub_lt_self_iff _).2 ?_

Result:
case inl
X : Type u_1
Y : Type u_2
inst✝³ : TopologicalSpace X
inst✝² : TopologicalSpace Y
inst✝¹ : NormalSpace Y
inst✝ : Nonempty X
f : X →ᵇ ℝ
e : X → Y
he : IsClosedEmbedding e
inhabited_h : Inhabited X
a : ℝ
ha : IsGLB (range ⇑f) a
g : Y →ᵇ ℝ
xl : Y → X
hxl : ∀ (y : Y), f (xl y) ≤ g y
dg : Y →ᵇ ℝ
hgf : ∀ (x : X), (g - dg) (e x) = f x
y : Y
hb : IsLUB (range ⇑f) (g y)
hmem : ∀ (x : X), f x ∈ Icc a (g y)
hle : a ≤ g y
hlt : a < g y
c : ℝ := (a + g y) / 2
hac : a < c
hcb : c < g y
hsub : c - a = g y - c
hgb : ∀ (y_1 : Y), g y_1 ≤ g y
hb' : ¬∃ x, f x = g y
hd : Disjoint (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Iic c) (⇑g ⁻¹' {g y})
dg0 : EqOn (⇑dg) (Function.const Y 0) (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Iic c)
dgb : EqOn (⇑dg) (Function.const Y (g y - c)) (⇑g ⁻¹' {g y})
dgmem : ∀ (x : Y), dg x ∈ Icc 0 (g y - c)
⊢ 0 < dg y

Proof state:
case refine_2
X : Type u_1
Y : Type u_2
inst✝³ : TopologicalSpace X
inst✝² : TopologicalSpace Y
inst✝¹ : NormalSpace Y
inst✝ : Nonempty X
f : X →ᵇ ℝ
e : X → Y
he : IsClosedEmbedding e
inhabited_h : Inhabited X
a : ℝ
ha : IsGLB (range ⇑f) a
b : ℝ
hb : IsLUB (range ⇑f) b
hmem : ∀ (x : X), f x ∈ Icc a b
hle : a ≤ b
hlt : a < b
c : ℝ := (a + b) / 2
hac : a < c
hcb : c < b
hsub : c - a = b - c
g : Y →ᵇ ℝ
hg_mem : ∀ (y : Y), g y ∈ Icc a b
hgf : ⇑g ∘ e = ⇑f
ha' : ¬∃ x, f x = a
⊢ Disjoint (Ici c) {a}

Tactic:
exact Set.disjoint_singleton_right.2 hac.not_le

Result:
no goals

Proof state:
case inl
X : Type u_1
Y : Type u_2
inst✝³ : TopologicalSpace X
inst✝² : TopologicalSpace Y
inst✝¹ : NormalSpace Y
inst✝ : Nonempty X
f : X →ᵇ ℝ
e : X → Y
he : IsClosedEmbedding e
inhabited_h : Inhabited X
b : ℝ
hb : IsLUB (range ⇑f) b
g dg : Y →ᵇ ℝ
hgf : ∀ (x : X), (g + dg) (e x) = f x
y : Y
ha : IsGLB (range ⇑f) (g y)
hmem : ∀ (x : X), f x ∈ Icc (g y) b
hle : g y ≤ b
hlt : g y < b
c : ℝ := (g y + b) / 2
hac : g y < c
hcb : c < b
hsub : c - g y = b - c
hg_mem : ∀ (y_1 : Y), g y_1 ∈ Icc (g y) b
ha' : ¬∃ x, f x = g y
hd : Disjoint (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Ici c) (⇑g ⁻¹' {g y})
dg0 : EqOn (⇑dg) (Function.const Y 0) (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Ici c)
dga : EqOn (⇑dg) (Function.const Y (c - g y)) (⇑g ⁻¹' {g y})
dgmem : ∀ (x : Y), dg x ∈ Icc 0 (c - g y)
⊢ 0 < dg y

Tactic:
calc
  0 < c - g y := sub_pos.2 hac
  _ = dg y := (dga rfl).symm

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.inr.intro.intro.intro
X : Type u_1
Y : Type u_2
inst✝³ : TopologicalSpace X
inst✝² : TopologicalSpace Y
inst✝¹ : NormalSpace Y
inst✝ : Nonempty X
f : X →ᵇ ℝ
e : X → Y
he : IsClosedEmbedding e
inhabited_h : Inhabited X
a : ℝ
ha : IsGLB (range ⇑f) a
b : ℝ
hb : IsLUB (range ⇑f) b
hmem : ∀ (x : X), f x ∈ Icc a b
hle : a ≤ b
hlt : a < b
c : ℝ := (a + b) / 2
hac : a < c
hcb : c < b
hsub : c - a = b - c
g : Y →ᵇ ℝ
hg_mem : ∀ (y : Y), g y ∈ Icc a b
ha' : ¬∃ x, f x = a
hd : Disjoint (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Ici c) (⇑g ⁻¹' {a})
dg : Y →ᵇ ℝ
dg0 : EqOn (⇑dg) (Function.const Y 0) (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Ici c)
dga : EqOn (⇑dg) (Function.const Y (c - a)) (⇑g ⁻¹' {a})
dgmem : ∀ (x : Y), dg x ∈ Icc 0 (c - a)
hgf : ∀ (x : X), (g + dg) (e x) = f x
⊢ ∃ g, (∀ (y : Y), ∃ x, g y ∈ Icc (f x) b) ∧ ⇑g ∘ e = ⇑f

Tactic:
refine ⟨g + dg, fun y => ?_, funext hgf⟩

Result:
case intro.intro.inr.intro.intro.intro
X : Type u_1
Y : Type u_2
inst✝³ : TopologicalSpace X
inst✝² : TopologicalSpace Y
inst✝¹ : NormalSpace Y
inst✝ : Nonempty X
f : X →ᵇ ℝ
e : X → Y
he : IsClosedEmbedding e
inhabited_h : Inhabited X
a : ℝ
ha : IsGLB (range ⇑f) a
b : ℝ
hb : IsLUB (range ⇑f) b
hmem : ∀ (x : X), f x ∈ Icc a b
hle : a ≤ b
hlt : a < b
c : ℝ := (a + b) / 2
hac : a < c
hcb : c < b
hsub : c - a = b - c
g : Y →ᵇ ℝ
hg_mem : ∀ (y : Y), g y ∈ Icc a b
ha' : ¬∃ x, f x = a
hd : Disjoint (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Ici c) (⇑g ⁻¹' {a})
dg : Y →ᵇ ℝ
dg0 : EqOn (⇑dg) (Function.const Y 0) (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Ici c)
dga : EqOn (⇑dg) (Function.const Y (c - a)) (⇑g ⁻¹' {a})
dgmem : ∀ (x : Y), dg x ∈ Icc 0 (c - a)
hgf : ∀ (x : X), (g + dg) (e x) = f x
y : Y
⊢ ∃ x, (g + dg) y ∈ Icc (f x) b

Proof state:
case intro.intro.inr.intro.intro.inr.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.inl.inr.intro.intro.intro.intro
X : Type u_1
Y : Type u_2
inst✝³ : TopologicalSpace X
inst✝² : TopologicalSpace Y
inst✝¹ : NormalSpace Y
inst✝ : Nonempty X
f : X →ᵇ ℝ
e : X → Y
he : IsClosedEmbedding e
inhabited_h : Inhabited X
a : ℝ
ha : IsGLB (range ⇑f) a
b : ℝ
hb : IsLUB (range ⇑f) b
hmem : ∀ (x : X), f x ∈ Icc a b
hle : a ≤ b
hlt : a < b
c : ℝ := (a + b) / 2
hac : a < c
hcb : c < b
hsub : c - a = b - c
g : Y →ᵇ ℝ
xl : Y → X
hxl : ∀ (y : Y), f (xl y) ≤ g y
hgb : ∀ (y : Y), g y ≤ b
hb' : ¬∃ x, f x = b
hd : Disjoint (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Iic c) (⇑g ⁻¹' {b})
dg : Y →ᵇ ℝ
dg0 : EqOn (⇑dg) (Function.const Y 0) (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Iic c)
dgb : EqOn (⇑dg) (Function.const Y (b - c)) (⇑g ⁻¹' {b})
dgmem : ∀ (x : Y), dg x ∈ Icc 0 (b - c)
hgf : ∀ (x : X), (g - dg) (e x) = f x
y : Y
hyb : (g - dg) y < b
xu : X
hyxu : (g - dg) y < f xu
right✝ : f xu ≤ b
hc : c < g y
h✝ : a ∉ range ⇑f
hay : a < (g - dg) y
x : X
left✝ : a ≤ f x
hxy : f x < (g - dg) y
⊢ ∃ x₁ x₂, (g - dg) y ∈ Icc (f x₁) (f x₂)

Tactic:
exact ⟨x, xu, hxy.le, hyxu.le⟩

Result:
no goals

Proof state:
case intro.intro.inr.intro.intro.inr.intro.intro.intro
X : Type u_1
Y : Type u_2
inst✝³ : TopologicalSpace X
inst✝² : TopologicalSpace Y
inst✝¹ : NormalSpace Y
inst✝ : Nonempty X
f : X →ᵇ ℝ
e : X → Y
he : IsClosedEmbedding e
inhabited_h : Inhabited X
a : ℝ
ha : IsGLB (range ⇑f) a
b : ℝ
hb : IsLUB (range ⇑f) b
hmem : ∀ (x : X), f x ∈ Icc a b
hle : a ≤ b
hlt : a < b
c : ℝ := (a + b) / 2
hac : a < c
hcb : c < b
hsub : c - a = b - c
g : Y →ᵇ ℝ
hgf : ⇑g ∘ e = ⇑f
xl : Y → X
hxl : ∀ (y : Y), f (xl y) ≤ g y
hgb : ∀ (y : Y), g y ≤ b
hb' : ¬∃ x, f x = b
hd : Disjoint (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Iic c) (⇑g ⁻¹' {b})
dg : Y →ᵇ ℝ
dg0 : EqOn (⇑dg) (Function.const Y 0) (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Iic c)
dgb : EqOn (⇑dg) (Function.const Y (b - c)) (⇑g ⁻¹' {b})
dgmem : ∀ (x : Y), dg x ∈ Icc 0 (b - c)
⊢ ∃ g, (∀ (y : Y), ∃ x₁ x₂, g y ∈ Icc (f x₁) (f x₂)) ∧ ⇑g ∘ e = ⇑f

Tactic:
replace hgf : ∀ x, (g - dg) (e x) = f x := by
  intro x
  simp [dg0 (Or.inl <| mem_range_self _), ← hgf]

Result:
case intro.intro.inr.intro.intro.inr.intro.intro.intro
X : Type u_1
Y : Type u_2
inst✝³ : TopologicalSpace X
inst✝² : TopologicalSpace Y
inst✝¹ : NormalSpace Y
inst✝ : Nonempty X
f : X →ᵇ ℝ
e : X → Y
he : IsClosedEmbedding e
inhabited_h : Inhabited X
a : ℝ
ha : IsGLB (range ⇑f) a
b : ℝ
hb : IsLUB (range ⇑f) b
hmem : ∀ (x : X), f x ∈ Icc a b
hle : a ≤ b
hlt : a < b
c : ℝ := (a + b) / 2
hac : a < c
hcb : c < b
hsub : c - a = b - c
g : Y →ᵇ ℝ
xl : Y → X
hxl : ∀ (y : Y), f (xl y) ≤ g y
hgb : ∀ (y : Y), g y ≤ b
hb' : ¬∃ x, f x = b
hd : Disjoint (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Iic c) (⇑g ⁻¹' {b})
dg : Y →ᵇ ℝ
dg0 : EqOn (⇑dg) (Function.const Y 0) (range e ∪ ⇑g ⁻¹' Iic c)
dgb : EqOn (⇑dg) (Function.const Y (b - c)) (⇑g ⁻¹' {b})
dgmem : ∀ (x : Y), dg x ∈ Icc 0 (b - c)
hgf : ∀ (x : X), (g - dg) (e x) = f x
⊢ ∃ g, (∀ (y : Y), ∃ x₁ x₂, g y ∈ Icc (f x₁) (f x₂)) ∧ ⇑g ∘ e = ⇑f