-- 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:
case h.a.some.right
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
        ((pullbackIsoProdSubtype f₁ f₂).inv ≫
          pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂ ≫ limit.π (cospan g₁ g₂) (some WalkingPair.right)))
      ⟨(x₁, x₂), this⟩ =
    (ConcreteCategory.hom (limit.π (cospan g₁ g₂) (some WalkingPair.right))) x✝

Tactic:
simp [hx₂]

Result:
no goals

Proof state:
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✝
this : (ConcreteCategory.hom f₁) x₁ = (ConcreteCategory.hom f₂) x₂
⊢ x✝ ∈ Set.range ⇑(ConcreteCategory.hom (pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂))

Tactic:
use (pullbackIsoProdSubtype f₁ f₂).inv ⟨⟨x₁, x₂⟩, this⟩

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)
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✝

Proof state:
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✝

Tactic:
rintro (_ | _ | _) <;>
rw [← ConcreteCategory.comp_apply, ← ConcreteCategory.comp_apply]

Result:
case h.a.none
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
        ((pullbackIsoProdSubtype f₁ f₂).inv ≫ pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂ ≫ limit.π (cospan g₁ g₂) none))
      ⟨(x₁, x₂), this⟩ =
    (ConcreteCategory.hom (limit.π (cospan g₁ g₂) none)) x✝

case h.a.some.left
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
        ((pullbackIsoProdSubtype f₁ f₂).inv ≫
          pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂ ≫ limit.π (cospan g₁ g₂) (some WalkingPair.left)))
      ⟨(x₁, x₂), this⟩ =
    (ConcreteCategory.hom (limit.π (cospan g₁ g₂) (some WalkingPair.left))) x✝

case h.a.some.right
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
        ((pullbackIsoProdSubtype f₁ f₂).inv ≫
          pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂ ≫ limit.π (cospan g₁ g₂) (some WalkingPair.right)))
      ⟨(x₁, x₂), this⟩ =
    (ConcreteCategory.hom (limit.π (cospan g₁ g₂) (some WalkingPair.right))) x✝

Proof state:
case h.a.none
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
        ((pullbackIsoProdSubtype f₁ f₂).inv ≫ pullback.map f₁ f₂ g₁ g₂ i₁ i₂ i₃ eq₁ eq₂ ≫ limit.π (cospan g₁ g₂) none))
      ⟨(x₁, x₂), this⟩ =
    (ConcreteCategory.hom (limit.π (cospan g₁ g₂) none)) x✝

Tactic:
simp [hx₁, ← limit.w _ WalkingCospan.Hom.inl]

Result:
no goals

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)
⊢ 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)

Tactic:
constructor

Result:
case h.mp
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)

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))