-- Mathlib/Topology/Category/TopCat/Limits/Pullbacks.lean
theorem range_pullback_map {W X Y Z S T : TopCat} (f₁ : W ⟶ S) (f₂ : X ⟶ S) (g₁ : Y ⟶ T)
    (g₂ : Z ⟶ T) (i₁ : W ⟶ Y) (i₂ : X ⟶ Z) (i₃ : S ⟶ T) [H₃ : Mono i₃] (eq₁ : f₁ ≫ i₃ = i₁ ≫ g₁)
    (eq₂ : f₂ ≫ i₃ = i₂ ≫ g₂) :
    Set.range (pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂) =
      (pullback.fst g₁ g₂) ⁻¹' Set.range i₁ ∩ (pullback.snd g₁ g₂) ⁻¹' Set.range i₂

Proof state:
W X Y Z S T : TopCat
f₁ : W ⟶ S
f₂ : X ⟶ S
g₁ : Y ⟶ T
g₂ : Z ⟶ T
i₁ : W ⟶ Y
i₂ : X ⟶ Z
i₃ : S ⟶ T
H₃ : Mono i₃
eq₁ : f₁ ≫ i₃ = i₁ ≫ g₁
eq₂ : f₂ ≫ i₃ = i₂ ≫ g₂
⊢ Set.range ⇑(ConcreteCategory.hom (pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂)) =
    ⇑(ConcreteCategory.hom (pullback.fst g₁ g₂)) ⁻¹' Set.range ⇑(ConcreteCategory.hom i₁) ∩
      ⇑(ConcreteCategory.hom (pullback.snd g₁ g₂)) ⁻¹' Set.range ⇑(ConcreteCategory.hom i₂)

Tactic:
ext

Result:
case h
W X Y Z S T : TopCat
f₁ : W ⟶ S
f₂ : X ⟶ S
g₁ : Y ⟶ T
g₂ : Z ⟶ T
i₁ : W ⟶ Y
i₂ : X ⟶ Z
i₃ : S ⟶ T
H₃ : Mono i₃
eq₁ : f₁ ≫ i₃ = i₁ ≫ g₁
eq₂ : f₂ ≫ i₃ = i₂ ≫ g₂
x✝ : ↑(pullback g₁ g₂)
⊢ x✝ ∈ Set.range ⇑(ConcreteCategory.hom (pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂)) ↔
    x✝ ∈
      ⇑(ConcreteCategory.hom (pullback.fst g₁ g₂)) ⁻¹' Set.range ⇑(ConcreteCategory.hom i₁) ∩
        ⇑(ConcreteCategory.hom (pullback.snd g₁ g₂)) ⁻¹' Set.range ⇑(ConcreteCategory.hom i₂)

Proof state:
case h.mp.intro
W X Y Z S T : TopCat
f₁ : W ⟶ S
f₂ : X ⟶ S
g₁ : Y ⟶ T
g₂ : Z ⟶ T
i₁ : W ⟶ Y
i₂ : X ⟶ Z
i₃ : S ⟶ T
H₃ : Mono i₃
eq₁ : f₁ ≫ i₃ = i₁ ≫ g₁
eq₂ : f₂ ≫ i₃ = i₂ ≫ g₂
y : ↑(pullback f₁ f₂)
⊢ (∃ y_1,
      (ConcreteCategory.hom i₁) y_1 =
        (ConcreteCategory.hom (pullback.fst g₁ g₂))
          ((ConcreteCategory.hom (pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂)) y)) ∧
    ∃ y_1,
      (ConcreteCategory.hom i₂) y_1 =
        (ConcreteCategory.hom (pullback.snd g₁ g₂))
          ((ConcreteCategory.hom (pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂)) y)

Tactic:
rw [← ConcreteCategory.comp_apply, ← ConcreteCategory.comp_apply]

Result:
case h.mp.intro
W X Y Z S T : TopCat
f₁ : W ⟶ S
f₂ : X ⟶ S
g₁ : Y ⟶ T
g₂ : Z ⟶ T
i₁ : W ⟶ Y
i₂ : X ⟶ Z
i₃ : S ⟶ T
H₃ : Mono i₃
eq₁ : f₁ ≫ i₃ = i₁ ≫ g₁
eq₂ : f₂ ≫ i₃ = i₂ ≫ g₂
y : ↑(pullback f₁ f₂)
⊢ (∃ y_1,
      (ConcreteCategory.hom i₁) y_1 =
        (ConcreteCategory.hom (pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂ ≫ pullback.fst g₁ g₂)) y) ∧
    ∃ y_1,
      (ConcreteCategory.hom i₂) y_1 =
        (ConcreteCategory.hom (pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂ ≫ pullback.snd g₁ g₂)) y

Proof state:
case h.mp.intro
W X Y Z S T : TopCat
f₁ : W ⟶ S
f₂ : X ⟶ S
g₁ : Y ⟶ T
g₂ : Z ⟶ T
i₁ : W ⟶ Y
i₂ : X ⟶ Z
i₃ : S ⟶ T
H₃ : Mono i₃
eq₁ : f₁ ≫ i₃ = i₁ ≫ g₁
eq₂ : f₂ ≫ i₃ = i₂ ≫ g₂
y : ↑(pullback f₁ f₂)
⊢ (∃ y_1, (ConcreteCategory.hom i₁) y_1 = (ConcreteCategory.hom (pullback.fst f₁ f₂ ≫ i₁)) y) ∧
    ∃ y_1, (ConcreteCategory.hom i₂) y_1 = (ConcreteCategory.hom (pullback.snd f₁ f₂ ≫ i₂)) y

Tactic:
exact ⟨exists_apply_eq_apply _ _, exists_apply_eq_apply _ _⟩

Result:
no goals

Proof state:
case h.mpr
W X Y Z S T : TopCat
f₁ : W ⟶ S
f₂ : X ⟶ S
g₁ : Y ⟶ T
g₂ : Z ⟶ T
i₁ : W ⟶ Y
i₂ : X ⟶ Z
i₃ : S ⟶ T
H₃ : Mono i₃
eq₁ : f₁ ≫ i₃ = i₁ ≫ g₁
eq₂ : f₂ ≫ i₃ = i₂ ≫ g₂
x✝ : ↑(pullback g₁ g₂)
⊢ x✝ ∈
      ⇑(ConcreteCategory.hom (pullback.fst g₁ g₂)) ⁻¹' Set.range ⇑(ConcreteCategory.hom i₁) ∩
        ⇑(ConcreteCategory.hom (pullback.snd g₁ g₂)) ⁻¹' Set.range ⇑(ConcreteCategory.hom i₂) →
    x✝ ∈ Set.range ⇑(ConcreteCategory.hom (pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂))

Tactic:
rintro ⟨⟨x₁, hx₁⟩, ⟨x₂, hx₂⟩⟩

Result:
case h.mpr.intro.intro.intro
W X Y Z S T : TopCat
f₁ : W ⟶ S
f₂ : X ⟶ S
g₁ : Y ⟶ T
g₂ : Z ⟶ T
i₁ : W ⟶ Y
i₂ : X ⟶ Z
i₃ : S ⟶ T
H₃ : Mono i₃
eq₁ : f₁ ≫ i₃ = i₁ ≫ g₁
eq₂ : f₂ ≫ i₃ = i₂ ≫ g₂
x✝ : ↑(pullback g₁ g₂)
x₁ : ↑W
hx₁ : (ConcreteCategory.hom i₁) x₁ = (ConcreteCategory.hom (pullback.fst g₁ g₂)) x✝
x₂ : ↑X
hx₂ : (ConcreteCategory.hom i₂) x₂ = (ConcreteCategory.hom (pullback.snd g₁ g₂)) x✝
⊢ x✝ ∈ Set.range ⇑(ConcreteCategory.hom (pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂))

Proof state:
case h
W X Y Z S T : TopCat
f₁ : W ⟶ S
f₂ : X ⟶ S
g₁ : Y ⟶ T
g₂ : Z ⟶ T
i₁ : W ⟶ Y
i₂ : X ⟶ Z
i₃ : S ⟶ T
H₃ : Mono i₃
eq₁ : f₁ ≫ i₃ = i₁ ≫ g₁
eq₂ : f₂ ≫ i₃ = i₂ ≫ g₂
x✝ : ↑(pullback g₁ g₂)
x₁ : ↑W
hx₁ : (ConcreteCategory.hom i₁) x₁ = (ConcreteCategory.hom (pullback.fst g₁ g₂)) x✝
x₂ : ↑X
hx₂ : (ConcreteCategory.hom i₂) x₂ = (ConcreteCategory.hom (pullback.snd g₁ g₂)) x✝
this : (ConcreteCategory.hom f₁) x₁ = (ConcreteCategory.hom f₂) x₂
⊢ (ConcreteCategory.hom (pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂))
      ((ConcreteCategory.hom (pullbackIsoProdSubtype f₁ f₂).inv) ⟨(x₁, x₂), this⟩) =
    x✝

Tactic:
apply Concrete.limit_ext

Result:
case h.a
W X Y Z S T : TopCat
f₁ : W ⟶ S
f₂ : X ⟶ S
g₁ : Y ⟶ T
g₂ : Z ⟶ T
i₁ : W ⟶ Y
i₂ : X ⟶ Z
i₃ : S ⟶ T
H₃ : Mono i₃
eq₁ : f₁ ≫ i₃ = i₁ ≫ g₁
eq₂ : f₂ ≫ i₃ = i₂ ≫ g₂
x✝ : ↑(pullback g₁ g₂)
x₁ : ↑W
hx₁ : (ConcreteCategory.hom i₁) x₁ = (ConcreteCategory.hom (pullback.fst g₁ g₂)) x✝
x₂ : ↑X
hx₂ : (ConcreteCategory.hom i₂) x₂ = (ConcreteCategory.hom (pullback.snd g₁ g₂)) x✝
this : (ConcreteCategory.hom f₁) x₁ = (ConcreteCategory.hom f₂) x₂
⊢ ∀ (j : WalkingCospan),
    (ConcreteCategory.hom (limit.π (cospan g₁ g₂) j))
        ((ConcreteCategory.hom (pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂))
          ((ConcreteCategory.hom (pullbackIsoProdSubtype f₁ f₂).inv) ⟨(x₁, x₂), this⟩)) =
      (ConcreteCategory.hom (limit.π (cospan g₁ g₂) j)) x✝