-- Mathlib/Topology/Connected/Basic.lean
theorem IsPreconnected.image [TopologicalSpace β] {s : Set α} (H : IsPreconnected s)
    (f : α → β) (hf : ContinuousOn f s) : IsPreconnected (f '' s)

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
huv : f '' s ⊆ u ∪ v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
u' : Set α
hu' : IsOpen u'
u'_eq : f ⁻¹' u ∩ s = u' ∩ s
⊢ (f '' s ∩ (u ∩ v)).Nonempty

Tactic:
rcases continuousOn_iff'.1 hf v hv with ⟨v', hv', v'_eq⟩

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
huv : f '' s ⊆ u ∪ v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
u' : Set α
hu' : IsOpen u'
u'_eq : f ⁻¹' u ∩ s = u' ∩ s
v' : Set α
hv' : IsOpen v'
v'_eq : f ⁻¹' v ∩ s = v' ∩ s
⊢ (f '' s ∩ (u ∩ v)).Nonempty

Proof state:
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
huv : s ⊆ f ⁻¹' u ∪ f ⁻¹' v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
u' : Set α
hu' : IsOpen u'
u'_eq : f ⁻¹' u ∩ s = u' ∩ s
v' : Set α
hv' : IsOpen v'
v'_eq : f ⁻¹' v ∩ s = v' ∩ s
⊢ s ⊆ u' ∪ v'

Tactic:
replace huv := subset_inter huv Subset.rfl

Result:
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
u' : Set α
hu' : IsOpen u'
u'_eq : f ⁻¹' u ∩ s = u' ∩ s
v' : Set α
hv' : IsOpen v'
v'_eq : f ⁻¹' v ∩ s = v' ∩ s
huv : s ⊆ (f ⁻¹' u ∪ f ⁻¹' v) ∩ s
⊢ s ⊆ u' ∪ v'

Proof state:
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
u' : Set α
hu' : IsOpen u'
u'_eq : f ⁻¹' u ∩ s = u' ∩ s
v' : Set α
hv' : IsOpen v'
v'_eq : f ⁻¹' v ∩ s = v' ∩ s
huv : s ⊆ (u' ∪ v') ∩ s
⊢ s ⊆ u' ∪ v'

Tactic:
exact (subset_inter_iff.1 huv).1

Result:
no goals

Proof state:
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
⊢ IsPreconnected (f '' s)

Tactic:
rintro u v hu hv huv ⟨_, ⟨x, xs, rfl⟩, xu⟩ ⟨_, ⟨y, ys, rfl⟩, yv⟩

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
huv : f '' s ⊆ u ∪ v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
⊢ (f '' s ∩ (u ∩ v)).Nonempty

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
huv : f '' s ⊆ u ∪ v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
u' : Set α
hu' : IsOpen u'
u'_eq : f ⁻¹' u ∩ s = u' ∩ s
v' : Set α
hv' : IsOpen v'
v'_eq : f ⁻¹' v ∩ s = v' ∩ s
⊢ (f '' s ∩ (u ∩ v)).Nonempty

Tactic:
replace huv : s ⊆ u' ∪ v' := by
  rw [image_subset_iff, preimage_union] at huv
  replace huv := subset_inter huv Subset.rfl
  rw [union_inter_distrib_right, u'_eq, v'_eq, ← union_inter_distrib_right] at huv
  exact (subset_inter_iff.1 huv).1

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
u' : Set α
hu' : IsOpen u'
u'_eq : f ⁻¹' u ∩ s = u' ∩ s
v' : Set α
hv' : IsOpen v'
v'_eq : f ⁻¹' v ∩ s = v' ∩ s
huv : s ⊆ u' ∪ v'
⊢ (f '' s ∩ (u ∩ v)).Nonempty

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
huv : f '' s ⊆ u ∪ v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
⊢ (f '' s ∩ (u ∩ v)).Nonempty

Tactic:
rcases continuousOn_iff'.1 hf u hu with ⟨u', hu', u'_eq⟩

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
huv : f '' s ⊆ u ∪ v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
u' : Set α
hu' : IsOpen u'
u'_eq : f ⁻¹' u ∩ s = u' ∩ s
⊢ (f '' s ∩ (u ∩ v)).Nonempty

Proof state:
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
u' : Set α
hu' : IsOpen u'
u'_eq : f ⁻¹' u ∩ s = u' ∩ s
v' : Set α
hv' : IsOpen v'
v'_eq : f ⁻¹' v ∩ s = v' ∩ s
huv : s ⊆ u' ∪ v'
⊢ (s ∩ (u' ∩ v')).Nonempty

Tactic:
refine H u' v' hu' hv' huv ⟨x, ?_⟩ ⟨y, ?_⟩ <;> rw [inter_comm]

Result:
case refine_1
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
u' : Set α
hu' : IsOpen u'
u'_eq : f ⁻¹' u ∩ s = u' ∩ s
v' : Set α
hv' : IsOpen v'
v'_eq : f ⁻¹' v ∩ s = v' ∩ s
huv : s ⊆ u' ∪ v'
⊢ x ∈ u' ∩ s

case refine_2
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
u' : Set α
hu' : IsOpen u'
u'_eq : f ⁻¹' u ∩ s = u' ∩ s
v' : Set α
hv' : IsOpen v'
v'_eq : f ⁻¹' v ∩ s = v' ∩ s
huv : s ⊆ u' ∪ v'
⊢ y ∈ v' ∩ s

Proof state:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
u' : Set α
hu' : IsOpen u'
u'_eq : f ⁻¹' u ∩ s = u' ∩ s
v' : Set α
hv' : IsOpen v'
v'_eq : f ⁻¹' v ∩ s = v' ∩ s
huv : s ⊆ u' ∪ v'
⊢ (f '' s ∩ (u ∩ v)).Nonempty

Tactic:
obtain ⟨z, hz⟩ : (s ∩ (u' ∩ v')).Nonempty := by
  refine H u' v' hu' hv' huv ⟨x, ?_⟩ ⟨y, ?_⟩ <;> rw [inter_comm]
  exacts [u'_eq ▸ ⟨xu, xs⟩, v'_eq ▸ ⟨yv, ys⟩]

Result:
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
α : Type u
β : Type v
inst✝¹ : TopologicalSpace α
inst✝ : TopologicalSpace β
s : Set α
H : IsPreconnected s
f : α → β
hf : ContinuousOn f s
u v : Set β
hu : IsOpen u
hv : IsOpen v
x : α
xs : x ∈ s
xu : f x ∈ u
y : α
ys : y ∈ s
yv : f y ∈ v
u' : Set α
hu' : IsOpen u'
u'_eq : f ⁻¹' u ∩ s = u' ∩ s
v' : Set α
hv' : IsOpen v'
v'_eq : f ⁻¹' v ∩ s = v' ∩ s
huv : s ⊆ u' ∪ v'
z : α
hz : z ∈ s ∩ (u' ∩ v')
⊢ (f '' s ∩ (u ∩ v)).Nonempty