-- Mathlib/SetTheory/Cardinal/SchroederBernstein.lean
theorem schroeder_bernstein {f : α → β} {g : β → α} (hf : Function.Injective f)
    (hg : Function.Injective g) : ∃ h : α → β, Bijective h

Proof state:
case inr
α : Type u
β : Type v
f : α → β
g : β → α
hf : Injective f
hg : Injective g
hβ : Nonempty β
F : Set α →o Set α := { toFun := fun s => (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ, monotone' := ⋯ }
s : Set α := OrderHom.lfp F
hs : (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ = s
hns : g '' (f '' s)ᶜ = sᶜ
g' : α → β := invFun g
g'g : LeftInverse g' g
hg'ns : g' '' sᶜ = (f '' s)ᶜ
h : α → β := s.piecewise f g'
⊢ ∃ h, Bijective h

Tactic:
have : Surjective h := by rw [← range_eq_univ, range_piecewise, hg'ns, union_compl_self]

Result:
case inr
α : Type u
β : Type v
f : α → β
g : β → α
hf : Injective f
hg : Injective g
hβ : Nonempty β
F : Set α →o Set α := { toFun := fun s => (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ, monotone' := ⋯ }
s : Set α := OrderHom.lfp F
hs : (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ = s
hns : g '' (f '' s)ᶜ = sᶜ
g' : α → β := invFun g
g'g : LeftInverse g' g
hg'ns : g' '' sᶜ = (f '' s)ᶜ
h : α → β := s.piecewise f g'
this : Surjective h
⊢ ∃ h, Bijective h

Proof state:
case refine_1
α : Type u
β : Type v
f : α → β
g : β → α
hf : Injective f
hg : Injective g
hβ : Nonempty β
F : Set α →o Set α := { toFun := fun s => (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ, monotone' := ⋯ }
s : Set α := OrderHom.lfp F
hs : (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ = s
hns : g '' (f '' s)ᶜ = sᶜ
g' : α → β := invFun g
g'g : LeftInverse g' g
hg'ns : g' '' sᶜ = (f '' s)ᶜ
h : α → β := s.piecewise f g'
this : Surjective h
x : α
hx : x ∈ sᶜ
y : α
hy : y ∈ sᶜ
hxy : g' x = g' y
⊢ x = y

Tactic:
obtain ⟨x', _, rfl⟩ : x ∈ g '' (f '' s)ᶜ := by rwa [hns]

Result:
case refine_1.intro.intro
α : Type u
β : Type v
f : α → β
g : β → α
hf : Injective f
hg : Injective g
hβ : Nonempty β
F : Set α →o Set α := { toFun := fun s => (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ, monotone' := ⋯ }
s : Set α := OrderHom.lfp F
hs : (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ = s
hns : g '' (f '' s)ᶜ = sᶜ
g' : α → β := invFun g
g'g : LeftInverse g' g
hg'ns : g' '' sᶜ = (f '' s)ᶜ
h : α → β := s.piecewise f g'
this : Surjective h
y : α
hy : y ∈ sᶜ
x' : β
left✝ : x' ∈ (f '' s)ᶜ
hx : g x' ∈ sᶜ
hxy : g' (g x') = g' y
⊢ g x' = y

Proof state:
case inr
α : Type u
β : Type v
f : α → β
g : β → α
hf : Injective f
hg : Injective g
hβ : Nonempty β
F : Set α →o Set α := { toFun := fun s => (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ, monotone' := ⋯ }
s : Set α := OrderHom.lfp F
hs : (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ = s
hns : g '' (f '' s)ᶜ = sᶜ
g' : α → β := invFun g
g'g : LeftInverse g' g
hg'ns : g' '' sᶜ = (f '' s)ᶜ
⊢ ∃ h, Bijective h

Tactic:
set h : α → β := s.piecewise f g'

Result:
case inr
α : Type u
β : Type v
f : α → β
g : β → α
hf : Injective f
hg : Injective g
hβ : Nonempty β
F : Set α →o Set α := { toFun := fun s => (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ, monotone' := ⋯ }
s : Set α := OrderHom.lfp F
hs : (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ = s
hns : g '' (f '' s)ᶜ = sᶜ
g' : α → β := invFun g
g'g : LeftInverse g' g
hg'ns : g' '' sᶜ = (f '' s)ᶜ
h : α → β := s.piecewise f g'
⊢ ∃ h, Bijective h

Proof state:
case refine_1.intro.intro
α : Type u
β : Type v
f : α → β
g : β → α
hf : Injective f
hg : Injective g
hβ : Nonempty β
F : Set α →o Set α := { toFun := fun s => (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ, monotone' := ⋯ }
s : Set α := OrderHom.lfp F
hs : (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ = s
hns : g '' (f '' s)ᶜ = sᶜ
g' : α → β := invFun g
g'g : LeftInverse g' g
hg'ns : g' '' sᶜ = (f '' s)ᶜ
h : α → β := s.piecewise f g'
this : Surjective h
y : α
hy : y ∈ sᶜ
x' : β
left✝ : x' ∈ (f '' s)ᶜ
hx : g x' ∈ sᶜ
hxy : g' (g x') = g' y
⊢ g x' = y

Tactic:
obtain ⟨y', _, rfl⟩ : y ∈ g '' (f '' s)ᶜ := by rwa [hns]

Result:
case refine_1.intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
f : α → β
g : β → α
hf : Injective f
hg : Injective g
hβ : Nonempty β
F : Set α →o Set α := { toFun := fun s => (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ, monotone' := ⋯ }
s : Set α := OrderHom.lfp F
hs : (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ = s
hns : g '' (f '' s)ᶜ = sᶜ
g' : α → β := invFun g
g'g : LeftInverse g' g
hg'ns : g' '' sᶜ = (f '' s)ᶜ
h : α → β := s.piecewise f g'
this : Surjective h
x' : β
left✝¹ : x' ∈ (f '' s)ᶜ
hx : g x' ∈ sᶜ
y' : β
left✝ : y' ∈ (f '' s)ᶜ
hy : g y' ∈ sᶜ
hxy : g' (g x') = g' (g y')
⊢ g x' = g y'

Proof state:
case inr
α : Type u
β : Type v
f : α → β
g : β → α
hf : Injective f
hg : Injective g
hβ : Nonempty β
F : Set α →o Set α := { toFun := fun s => (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ, monotone' := ⋯ }
s : Set α := OrderHom.lfp F
hs : (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ = s
hns : g '' (f '' s)ᶜ = sᶜ
⊢ ∃ h, Bijective h

Tactic:
set g' := invFun g

Result:
case inr
α : Type u
β : Type v
f : α → β
g : β → α
hf : Injective f
hg : Injective g
hβ : Nonempty β
F : Set α →o Set α := { toFun := fun s => (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ, monotone' := ⋯ }
s : Set α := OrderHom.lfp F
hs : (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ = s
hns : g '' (f '' s)ᶜ = sᶜ
g' : α → β := invFun g
⊢ ∃ h, Bijective h

Proof state:
α : Type u
β : Type v
f : α → β
g : β → α
hf : Injective f
hg : Injective g
hβ : Nonempty β
F : Set α →o Set α := { toFun := fun s => (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ, monotone' := ⋯ }
s : Set α := OrderHom.lfp F
hs : (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ = s
hns : g '' (f '' s)ᶜ = sᶜ
g' : α → β := invFun g
g'g : LeftInverse g' g
⊢ g' '' sᶜ = (f '' s)ᶜ

Tactic:
rw [← hns, g'g.image_image]

Result:
no goals

Proof state:
case inr
α : Type u
β : Type v
f : α → β
g : β → α
hf : Injective f
hg : Injective g
hβ : Nonempty β
F : Set α →o Set α := { toFun := fun s => (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ, monotone' := ⋯ }
s : Set α := OrderHom.lfp F
hs : (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ = s
hns : g '' (f '' s)ᶜ = sᶜ
g' : α → β := invFun g
g'g : LeftInverse g' g
⊢ ∃ h, Bijective h

Tactic:
have hg'ns : g' '' sᶜ = (f '' s)ᶜ := by rw [← hns, g'g.image_image]

Result:
case inr
α : Type u
β : Type v
f : α → β
g : β → α
hf : Injective f
hg : Injective g
hβ : Nonempty β
F : Set α →o Set α := { toFun := fun s => (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ, monotone' := ⋯ }
s : Set α := OrderHom.lfp F
hs : (g '' (f '' s)ᶜ)ᶜ = s
hns : g '' (f '' s)ᶜ = sᶜ
g' : α → β := invFun g
g'g : LeftInverse g' g
hg'ns : g' '' sᶜ = (f '' s)ᶜ
⊢ ∃ h, Bijective h