f[s] ⊆ u ↔ s ⊆ f⁻¹[u]

Demostrar con Lean4 que
\[ f[s] ⊆ u ↔ s ⊆ f⁻¹[u] \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

1. Demostración en lenguaje natural

Los demostraremos probando las dos implicaciones.

(⟹) Supongamos que
\[ f[s] ⊆ u \tag{1} \]
y tenemos que demostrar que
\[ s ⊆ f⁻¹[u] \]
Se prueba mediante las siguientes implicaciones
\begin{align}
x ∈ s &⟹ f(x) ∈ f[s] \\
&⟹ f(x) ∈ u &&\text{[por (1)]} \\
&⟹ x ∈ f⁻¹[u]
\end{align}

(⟸) Supongamos que
\[ s ⊆ f⁻¹[u] \tag{2} \]
y tenemos que demostrar que
\[ f[s] ⊆ u \]
Para ello, sea \(y ∈ f[s]\). Entonces, existe un
\[ x ∈ s \tag{3} \]
tal que
\[ y = f(x) \tag{4} \]
Entonces,
\begin{align}
&x ∈ f⁻¹[u] &&\text{[por (2) y (3)]} \\
⟹ &f(x) ∈ u \\
⟹ &y ∈ u &&\text{[por (4)]}
\end{align}

2. Demostraciones con Lean4

Se puede interactuar con las demostraciones anteriores en Lean 4 Web.

3. Demostraciones con Isabelle/HOL

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