-- Mathlib/Dynamics/OmegaLimit.lean
theorem mem_omegaLimit_iff_frequently (y : β) :
    y ∈ ω f ϕ s ↔ ∀ n ∈ 𝓝 y, ∃ᶠ t in f, (s ∩ ϕ t ⁻¹' n).Nonempty

Proof state:
case mp
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
⊢ (∀ i ∈ f, ∀ t ∈ 𝓝 y, (t ∩ image2 ϕ i s).Nonempty) →
    ∀ n ∈ 𝓝 y, ∀ {U : Set τ}, U ∈ f → ∃ x ∈ U, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n).Nonempty

Tactic:
intro h _ hn _ hu

Result:
case mp
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
h : ∀ i ∈ f, ∀ t ∈ 𝓝 y, (t ∩ image2 ϕ i s).Nonempty
n✝ : Set β
hn : n✝ ∈ 𝓝 y
U✝ : Set τ
hu : U✝ ∈ f
⊢ ∃ x ∈ U✝, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n✝).Nonempty

Proof state:
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
h : ∀ i ∈ f, ∀ t ∈ 𝓝 y, (t ∩ image2 ϕ i s).Nonempty
n✝ : Set β
hn : n✝ ∈ 𝓝 y
U✝ : Set τ
hu : U✝ ∈ f
w✝¹ : τ
ht : w✝¹ ∈ U✝
w✝ : α
hx : w✝ ∈ s
left✝ : ϕ w✝¹ w✝ ∈ n✝
⊢ w✝ ∈ ϕ w✝¹ ⁻¹' n✝

Tactic:
rwa [mem_preimage]

Result:
no goals

Proof state:
case mp
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
h : ∀ i ∈ f, ∀ t ∈ 𝓝 y, (t ∩ image2 ϕ i s).Nonempty
n✝ : Set β
hn : n✝ ∈ 𝓝 y
U✝ : Set τ
hu : U✝ ∈ f
⊢ ∃ x ∈ U✝, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n✝).Nonempty

Tactic:
rcases h _ hu _ hn with ⟨_, _, _, ht, _, hx, rfl⟩

Result:
case mp.intro.intro.intro.intro.intro.intro
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
h : ∀ i ∈ f, ∀ t ∈ 𝓝 y, (t ∩ image2 ϕ i s).Nonempty
n✝ : Set β
hn : n✝ ∈ 𝓝 y
U✝ : Set τ
hu : U✝ ∈ f
w✝¹ : τ
ht : w✝¹ ∈ U✝
w✝ : α
hx : w✝ ∈ s
left✝ : ϕ w✝¹ w✝ ∈ n✝
⊢ ∃ x ∈ U✝, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n✝).Nonempty

Proof state:
case mpr.intro.intro.intro.intro
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
h : ∀ n ∈ 𝓝 y, ∀ {U : Set τ}, U ∈ f → ∃ x ∈ U, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n).Nonempty
i✝ : Set τ
hu : i✝ ∈ f
t✝ : Set β
hn : t✝ ∈ 𝓝 y
w✝¹ : τ
ht : w✝¹ ∈ i✝
w✝ : α
hx : w✝ ∈ s
hϕtx : w✝ ∈ ϕ w✝¹ ⁻¹' t✝
⊢ (t✝ ∩ image2 ϕ i✝ s).Nonempty

Tactic:
exact ⟨_, hϕtx, _, ht, _, hx, rfl⟩

Result:
no goals

Proof state:
case mp.intro.intro.intro.intro.intro.intro
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
h : ∀ i ∈ f, ∀ t ∈ 𝓝 y, (t ∩ image2 ϕ i s).Nonempty
n✝ : Set β
hn : n✝ ∈ 𝓝 y
U✝ : Set τ
hu : U✝ ∈ f
w✝¹ : τ
ht : w✝¹ ∈ U✝
w✝ : α
hx : w✝ ∈ s
left✝ : ϕ w✝¹ w✝ ∈ n✝
⊢ ∃ x ∈ U✝, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n✝).Nonempty

Tactic:
exact ⟨_, ht, _, hx, by rwa [mem_preimage]⟩

Result:
no goals

Proof state:
case mpr
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
h : ∀ n ∈ 𝓝 y, ∀ {U : Set τ}, U ∈ f → ∃ x ∈ U, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n).Nonempty
i✝ : Set τ
hu : i✝ ∈ f
t✝ : Set β
hn : t✝ ∈ 𝓝 y
⊢ (t✝ ∩ image2 ϕ i✝ s).Nonempty

Tactic:
rcases h _ hn hu with ⟨_, ht, _, hx, hϕtx⟩

Result:
case mpr.intro.intro.intro.intro
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
h : ∀ n ∈ 𝓝 y, ∀ {U : Set τ}, U ∈ f → ∃ x ∈ U, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n).Nonempty
i✝ : Set τ
hu : i✝ ∈ f
t✝ : Set β
hn : t✝ ∈ 𝓝 y
w✝¹ : τ
ht : w✝¹ ∈ i✝
w✝ : α
hx : w✝ ∈ s
hϕtx : w✝ ∈ ϕ w✝¹ ⁻¹' t✝
⊢ (t✝ ∩ image2 ϕ i✝ s).Nonempty

Proof state:
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
⊢ (∀ i ∈ f, ∀ t ∈ 𝓝 y, (t ∩ image2 ϕ i s).Nonempty) ↔
    ∀ n ∈ 𝓝 y, ∀ {U : Set τ}, U ∈ f → ∃ x ∈ U, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n).Nonempty

Tactic:
constructor

Result:
case mp
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
⊢ (∀ i ∈ f, ∀ t ∈ 𝓝 y, (t ∩ image2 ϕ i s).Nonempty) →
    ∀ n ∈ 𝓝 y, ∀ {U : Set τ}, U ∈ f → ∃ x ∈ U, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n).Nonempty

case mpr
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
⊢ (∀ n ∈ 𝓝 y, ∀ {U : Set τ}, U ∈ f → ∃ x ∈ U, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n).Nonempty) →
    ∀ i ∈ f, ∀ t ∈ 𝓝 y, (t ∩ image2 ϕ i s).Nonempty

Proof state:
case mpr
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
⊢ (∀ n ∈ 𝓝 y, ∀ {U : Set τ}, U ∈ f → ∃ x ∈ U, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n).Nonempty) →
    ∀ i ∈ f, ∀ t ∈ 𝓝 y, (t ∩ image2 ϕ i s).Nonempty

Tactic:
intro h _ hu _ hn

Result:
case mpr
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
h : ∀ n ∈ 𝓝 y, ∀ {U : Set τ}, U ∈ f → ∃ x ∈ U, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n).Nonempty
i✝ : Set τ
hu : i✝ ∈ f
t✝ : Set β
hn : t✝ ∈ 𝓝 y
⊢ (t✝ ∩ image2 ϕ i✝ s).Nonempty

Proof state:
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
⊢ y ∈ ω f ϕ s ↔ ∀ n ∈ 𝓝 y, ∃ᶠ (t : τ) in f, (s ∩ ϕ t ⁻¹' n).Nonempty

Tactic:
simp_rw [frequently_iff, omegaLimit_def, mem_iInter, mem_closure_iff_nhds]

Result:
τ : Type u_1
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝ : TopologicalSpace β
f : Filter τ
ϕ : τ → α → β
s : Set α
y : β
⊢ (∀ i ∈ f, ∀ t ∈ 𝓝 y, (t ∩ image2 ϕ i s).Nonempty) ↔
    ∀ n ∈ 𝓝 y, ∀ {U : Set τ}, U ∈ f → ∃ x ∈ U, (s ∩ ϕ x ⁻¹' n).Nonempty