-- Mathlib/LinearAlgebra/Dimension/DivisionRing.lean
theorem rank_add_rank_split (db : V₂ →ₗ[K] V) (eb : V₃ →ₗ[K] V) (cd : V₁ →ₗ[K] V₂)
    (ce : V₁ →ₗ[K] V₃) (hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb) (hgd : ker cd = ⊥)
    (eq : db.comp cd = eb.comp ce) (eq₂ : ∀ d e, db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e) :
    Module.rank K V + Module.rank K V₁ = Module.rank K V₂ + Module.rank K V₃

Proof state:
case e_a.f.refine_2.mk
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
L : V₁ →ₗ[K] ↥(ker (db.coprod eb)) := LinearMap.codRestrict (ker (db.coprod eb)) (cd.prod (-ce)) ⋯
d : V₂
e : V₃
h : db d = eb (-e) → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = -e
⊢ (d, e) ∈ ker (db.coprod eb) → (d, e) ∈ LinearMap.range (cd.prod (-ce))

Tactic:
simp only [add_eq_zero_iff_eq_neg, LinearMap.prod_apply, mem_ker, SetLike.mem_coe,
  Prod.mk.inj_iff, coprod_apply, map_neg, neg_apply, LinearMap.mem_range, Pi.prod] at h ⊢

Result:
case e_a.f.refine_2.mk
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
L : V₁ →ₗ[K] ↥(ker (db.coprod eb)) := LinearMap.codRestrict (ker (db.coprod eb)) (cd.prod (-ce)) ⋯
d : V₂
e : V₃
h : db d = -eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = -e
⊢ db d = -eb e → ∃ y, cd y = d ∧ -ce y = e

Proof state:
case e_a.f.refine_1
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
L : V₁ →ₗ[K] ↥(ker (db.coprod eb)) := LinearMap.codRestrict (ker (db.coprod eb)) (cd.prod (-ce)) ⋯
⊢ Injective ⇑L

Tactic:
rw [← ker_eq_bot, ker_codRestrict, ker_prod, hgd, bot_inf_eq]

Result:
no goals

Proof state:
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
⊢ ∀ (c : V₁), (cd.prod (-ce)) c ∈ ker (db.coprod eb)

Tactic:
intro c

Result:
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
c : V₁
⊢ (cd.prod (-ce)) c ∈ ker (db.coprod eb)

Proof state:
case e_a.f.refine_2
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
L : V₁ →ₗ[K] ↥(ker (db.coprod eb)) := LinearMap.codRestrict (ker (db.coprod eb)) (cd.prod (-ce)) ⋯
⊢ ker (db.coprod eb) ≤ LinearMap.range (cd.prod (-ce))

Tactic:
rintro ⟨d, e⟩

Result:
case e_a.f.refine_2.mk
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
L : V₁ →ₗ[K] ↥(ker (db.coprod eb)) := LinearMap.codRestrict (ker (db.coprod eb)) (cd.prod (-ce)) ⋯
d : V₂
e : V₃
⊢ (d, e) ∈ ker (db.coprod eb) → (d, e) ∈ LinearMap.range (cd.prod (-ce))

Proof state:
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
⊢ Surjective ⇑(db.coprod eb)

Tactic:
rwa [← range_eq_top, range_coprod, eq_top_iff]

Result:
no goals

Proof state:
case e_a.f.refine_2.mk
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
L : V₁ →ₗ[K] ↥(ker (db.coprod eb)) := LinearMap.codRestrict (ker (db.coprod eb)) (cd.prod (-ce)) ⋯
d : V₂
e : V₃
⊢ (d, e) ∈ ker (db.coprod eb) → (d, e) ∈ LinearMap.range (cd.prod (-ce))

Tactic:
have h := eq₂ d (-e)

Result:
case e_a.f.refine_2.mk
K : Type u
V V₁ V₂ V₃ : Type v
inst✝⁸ : DivisionRing K
inst✝⁷ : AddCommGroup V
inst✝⁶ : Module K V
inst✝⁵ : AddCommGroup V₁
inst✝⁴ : Module K V₁
inst✝³ : AddCommGroup V₂
inst✝² : Module K V₂
inst✝¹ : AddCommGroup V₃
inst✝ : Module K V₃
db : V₂ →ₗ[K] V
eb : V₃ →ₗ[K] V
cd : V₁ →ₗ[K] V₂
ce : V₁ →ₗ[K] V₃
hde : ⊤ ≤ LinearMap.range db ⊔ LinearMap.range eb
hgd : ker cd = ⊥
eq : db ∘ₗ cd = eb ∘ₗ ce
eq₂ : ∀ (d : V₂) (e : V₃), db d = eb e → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = e
hf : Surjective ⇑(db.coprod eb)
L : V₁ →ₗ[K] ↥(ker (db.coprod eb)) := LinearMap.codRestrict (ker (db.coprod eb)) (cd.prod (-ce)) ⋯
d : V₂
e : V₃
h : db d = eb (-e) → ∃ c, cd c = d ∧ ce c = -e
⊢ (d, e) ∈ ker (db.coprod eb) → (d, e) ∈ LinearMap.range (cd.prod (-ce))