-- Mathlib/Combinatorics/Additive/AP/Three/Defs.lean
/-- Arithmetic progressions can be pushed forward along bijective 2-Freiman homs. -/
@[to_additive "Arithmetic progressions can be pushed forward along bijective 2-Freiman homs."]
lemma IsMulFreimanHom.mulRothNumber_mono (hf : IsMulFreimanHom 2 A B f) (hf' : Set.BijOn f A B) :
    mulRothNumber B ≤ mulRothNumber A

Proof state:
case intro.intro.intro
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝³ : DecidableEq α
inst✝² : CommMonoid α
inst✝¹ : CommMonoid β
inst✝ : DecidableEq β
A : Finset α
B : Finset β
f : α → β
hf : IsMulFreimanHom 2 (↑A) (↑B) f
hf' : Set.BijOn f ↑A ↑B
s : Finset β
hsB : s ⊆ B
hcard : #s = mulRothNumber B
hs : ThreeGPFree ↑s
hsA : invFunOn f ↑A '' ↑s ⊆ ↑A
hfsA : Set.SurjOn f ↑A ↑s
⊢ mulRothNumber B ≤ mulRothNumber A

Tactic:
rw [← hcard, ← s.card_image_of_injOn ((invFunOn_injOn_image f _).mono hfsA)]

Result:
case intro.intro.intro
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝³ : DecidableEq α
inst✝² : CommMonoid α
inst✝¹ : CommMonoid β
inst✝ : DecidableEq β
A : Finset α
B : Finset β
f : α → β
hf : IsMulFreimanHom 2 (↑A) (↑B) f
hf' : Set.BijOn f ↑A ↑B
s : Finset β
hsB : s ⊆ B
hcard : #s = mulRothNumber B
hs : ThreeGPFree ↑s
hsA : invFunOn f ↑A '' ↑s ⊆ ↑A
hfsA : Set.SurjOn f ↑A ↑s
⊢ #(image (invFunOn f ↑A) s) ≤ mulRothNumber A

Proof state:
case intro.intro.intro
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝³ : DecidableEq α
inst✝² : CommMonoid α
inst✝¹ : CommMonoid β
inst✝ : DecidableEq β
A : Finset α
B : Finset β
f : α → β
hf : IsMulFreimanHom 2 (↑A) (↑B) f
hf' : Set.BijOn f ↑A ↑B
s : Finset β
hsB : s ⊆ B
hcard : #s = mulRothNumber B
hs : ThreeGPFree ↑s
hsA : invFunOn f ↑A '' ↑s ⊆ ↑A
⊢ mulRothNumber B ≤ mulRothNumber A

Tactic:
have hfsA : Set.SurjOn f A s := hf'.surjOn.mono Subset.rfl (coe_subset.2 hsB)

Result:
case intro.intro.intro
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝³ : DecidableEq α
inst✝² : CommMonoid α
inst✝¹ : CommMonoid β
inst✝ : DecidableEq β
A : Finset α
B : Finset β
f : α → β
hf : IsMulFreimanHom 2 (↑A) (↑B) f
hf' : Set.BijOn f ↑A ↑B
s : Finset β
hsB : s ⊆ B
hcard : #s = mulRothNumber B
hs : ThreeGPFree ↑s
hsA : invFunOn f ↑A '' ↑s ⊆ ↑A
hfsA : Set.SurjOn f ↑A ↑s
⊢ mulRothNumber B ≤ mulRothNumber A

Proof state:
case intro.intro.intro
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝³ : DecidableEq α
inst✝² : CommMonoid α
inst✝¹ : CommMonoid β
inst✝ : DecidableEq β
A : Finset α
B : Finset β
f : α → β
hf : IsMulFreimanHom 2 (↑A) (↑B) f
hf' : Set.BijOn f ↑A ↑B
s : Finset β
hsB : s ⊆ B
hcard : #s = mulRothNumber B
hs : ThreeGPFree ↑s
hsA : invFunOn f ↑A '' ↑s ⊆ ↑A
hfsA : Set.SurjOn f ↑A ↑s
⊢ ThreeGPFree ↑(image (invFunOn f ↑A) s)

Tactic:
rw [coe_image]

Result:
case intro.intro.intro
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝³ : DecidableEq α
inst✝² : CommMonoid α
inst✝¹ : CommMonoid β
inst✝ : DecidableEq β
A : Finset α
B : Finset β
f : α → β
hf : IsMulFreimanHom 2 (↑A) (↑B) f
hf' : Set.BijOn f ↑A ↑B
s : Finset β
hsB : s ⊆ B
hcard : #s = mulRothNumber B
hs : ThreeGPFree ↑s
hsA : invFunOn f ↑A '' ↑s ⊆ ↑A
hfsA : Set.SurjOn f ↑A ↑s
⊢ ThreeGPFree (invFunOn f ↑A '' ↑s)

Proof state:
case intro.intro.intro
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝³ : DecidableEq α
inst✝² : CommMonoid α
inst✝¹ : CommMonoid β
inst✝ : DecidableEq β
A : Finset α
B : Finset β
f : α → β
hf : IsMulFreimanHom 2 (↑A) (↑B) f
hf' : Set.BijOn f ↑A ↑B
s : Finset β
hsB : s ⊆ B
hcard : #s = mulRothNumber B
hs : ThreeGPFree ↑s
hsA : invFunOn f ↑A '' ↑s ⊆ ↑A
hfsA : Set.SurjOn f ↑A ↑s
⊢ ThreeGPFree (invFunOn f ↑A '' ↑s)

Tactic:
simpa using (hf.subset hsA hfsA.bijOn_subset.mapsTo).threeGPFree (hf'.injOn.mono hsA) hs

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝³ : DecidableEq α
inst✝² : CommMonoid α
inst✝¹ : CommMonoid β
inst✝ : DecidableEq β
A : Finset α
B : Finset β
f : α → β
hf : IsMulFreimanHom 2 (↑A) (↑B) f
hf' : Set.BijOn f ↑A ↑B
⊢ mulRothNumber B ≤ mulRothNumber A

Tactic:
obtain ⟨s, hsB, hcard, hs⟩ := mulRothNumber_spec B

Result:
case intro.intro.intro
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝³ : DecidableEq α
inst✝² : CommMonoid α
inst✝¹ : CommMonoid β
inst✝ : DecidableEq β
A : Finset α
B : Finset β
f : α → β
hf : IsMulFreimanHom 2 (↑A) (↑B) f
hf' : Set.BijOn f ↑A ↑B
s : Finset β
hsB : s ⊆ B
hcard : #s = mulRothNumber B
hs : ThreeGPFree ↑s
⊢ mulRothNumber B ≤ mulRothNumber A

Proof state:
case intro.intro.intro
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝³ : DecidableEq α
inst✝² : CommMonoid α
inst✝¹ : CommMonoid β
inst✝ : DecidableEq β
A : Finset α
B : Finset β
f : α → β
hf : IsMulFreimanHom 2 (↑A) (↑B) f
hf' : Set.BijOn f ↑A ↑B
s : Finset β
hsB : s ⊆ B
hcard : #s = mulRothNumber B
hs : ThreeGPFree ↑s
hsA : invFunOn f ↑A '' ↑s ⊆ ↑A
hfsA : Set.SurjOn f ↑A ↑s
⊢ #(image (invFunOn f ↑A) s) ≤ mulRothNumber A

Tactic:
refine ThreeGPFree.le_mulRothNumber ?_ (mod_cast hsA)

Result:
case intro.intro.intro
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝³ : DecidableEq α
inst✝² : CommMonoid α
inst✝¹ : CommMonoid β
inst✝ : DecidableEq β
A : Finset α
B : Finset β
f : α → β
hf : IsMulFreimanHom 2 (↑A) (↑B) f
hf' : Set.BijOn f ↑A ↑B
s : Finset β
hsB : s ⊆ B
hcard : #s = mulRothNumber B
hs : ThreeGPFree ↑s
hsA : invFunOn f ↑A '' ↑s ⊆ ↑A
hfsA : Set.SurjOn f ↑A ↑s
⊢ ThreeGPFree ↑(image (invFunOn f ↑A) s)

Proof state:
case intro.intro.intro
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝³ : DecidableEq α
inst✝² : CommMonoid α
inst✝¹ : CommMonoid β
inst✝ : DecidableEq β
A : Finset α
B : Finset β
f : α → β
hf : IsMulFreimanHom 2 (↑A) (↑B) f
hf' : Set.BijOn f ↑A ↑B
s : Finset β
hsB : s ⊆ B
hcard : #s = mulRothNumber B
hs : ThreeGPFree ↑s
⊢ mulRothNumber B ≤ mulRothNumber A

Tactic:
have hsA : invFunOn f A '' s ⊆ A :=
  (hf'.surjOn.mapsTo_invFunOn.mono (coe_subset.2 hsB) Subset.rfl).image_subset

Result:
case intro.intro.intro
α : Type u_2
β : Type u_3
inst✝³ : DecidableEq α
inst✝² : CommMonoid α
inst✝¹ : CommMonoid β
inst✝ : DecidableEq β
A : Finset α
B : Finset β
f : α → β
hf : IsMulFreimanHom 2 (↑A) (↑B) f
hf' : Set.BijOn f ↑A ↑B
s : Finset β
hsB : s ⊆ B
hcard : #s = mulRothNumber B
hs : ThreeGPFree ↑s
hsA : invFunOn f ↑A '' ↑s ⊆ ↑A
⊢ mulRothNumber B ≤ mulRothNumber A