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Theorem catidex 13899
Description: Each object in a category has an associated identity arrow. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Jan-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
catidex.b  |-  B  =  ( Base `  C
)
catidex.h  |-  H  =  (  Hom  `  C
)
catidex.o  |-  .x.  =  (comp `  C )
catidex.c  |-  ( ph  ->  C  e.  Cat )
catidex.x  |-  ( ph  ->  X  e.  B )
Assertion
Ref Expression
catidex  |-  ( ph  ->  E. g  e.  ( X H X ) A. y  e.  B  ( A. f  e.  ( y H X ) ( g ( <.
y ,  X >.  .x. 
X ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( X H y ) ( f ( <. X ,  X >.  .x.  y )
g )  =  f ) )
Distinct variable groups:    f, g,
y, B    C, f,
g, y    ph, g    f, X, g, y    f, H, g, y    .x. , f,
g, y
Allowed substitution hints:    ph( y, f)

Proof of Theorem catidex
Dummy variables  k  w  x  z are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 catidex.x . 2  |-  ( ph  ->  X  e.  B )
2 catidex.c . . 3  |-  ( ph  ->  C  e.  Cat )
3 catidex.b . . . . 5  |-  B  =  ( Base `  C
)
4 catidex.h . . . . 5  |-  H  =  (  Hom  `  C
)
5 catidex.o . . . . 5  |-  .x.  =  (comp `  C )
63, 4, 5iscat 13897 . . . 4  |-  ( C  e.  Cat  ->  ( C  e.  Cat  <->  A. x  e.  B  ( E. g  e.  ( x H x ) A. y  e.  B  ( A. f  e.  (
y H x ) ( g ( <.
y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( x H y ) ( f ( <. x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  f )  /\  A. y  e.  B  A. z  e.  B  A. f  e.  ( x H y ) A. g  e.  ( y H z ) ( ( g ( <. x ,  y
>.  .x.  z ) f )  e.  ( x H z )  /\  A. w  e.  B  A. k  e.  ( z H w ) ( ( k ( <.
y ,  z >.  .x.  w ) g ) ( <. x ,  y
>.  .x.  w ) f )  =  ( k ( <. x ,  z
>.  .x.  w ) ( g ( <. x ,  y >.  .x.  z
) f ) ) ) ) ) )
76ibi 233 . . 3  |-  ( C  e.  Cat  ->  A. x  e.  B  ( E. g  e.  ( x H x ) A. y  e.  B  ( A. f  e.  (
y H x ) ( g ( <.
y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( x H y ) ( f ( <. x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  f )  /\  A. y  e.  B  A. z  e.  B  A. f  e.  ( x H y ) A. g  e.  ( y H z ) ( ( g ( <. x ,  y
>.  .x.  z ) f )  e.  ( x H z )  /\  A. w  e.  B  A. k  e.  ( z H w ) ( ( k ( <.
y ,  z >.  .x.  w ) g ) ( <. x ,  y
>.  .x.  w ) f )  =  ( k ( <. x ,  z
>.  .x.  w ) ( g ( <. x ,  y >.  .x.  z
) f ) ) ) ) )
8 simpl 444 . . . 4  |-  ( ( E. g  e.  ( x H x ) A. y  e.  B  ( A. f  e.  ( y H x ) ( g ( <.
y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( x H y ) ( f ( <. x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  f )  /\  A. y  e.  B  A. z  e.  B  A. f  e.  ( x H y ) A. g  e.  ( y H z ) ( ( g ( <. x ,  y
>.  .x.  z ) f )  e.  ( x H z )  /\  A. w  e.  B  A. k  e.  ( z H w ) ( ( k ( <.
y ,  z >.  .x.  w ) g ) ( <. x ,  y
>.  .x.  w ) f )  =  ( k ( <. x ,  z
>.  .x.  w ) ( g ( <. x ,  y >.  .x.  z
) f ) ) ) )  ->  E. g  e.  ( x H x ) A. y  e.  B  ( A. f  e.  ( y H x ) ( g (
<. y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( x H y ) ( f ( <. x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  f ) )
98ralimi 2781 . . 3  |-  ( A. x  e.  B  ( E. g  e.  (
x H x ) A. y  e.  B  ( A. f  e.  ( y H x ) ( g ( <.
y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( x H y ) ( f ( <. x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  f )  /\  A. y  e.  B  A. z  e.  B  A. f  e.  ( x H y ) A. g  e.  ( y H z ) ( ( g ( <. x ,  y
>.  .x.  z ) f )  e.  ( x H z )  /\  A. w  e.  B  A. k  e.  ( z H w ) ( ( k ( <.
y ,  z >.  .x.  w ) g ) ( <. x ,  y
>.  .x.  w ) f )  =  ( k ( <. x ,  z
>.  .x.  w ) ( g ( <. x ,  y >.  .x.  z
) f ) ) ) )  ->  A. x  e.  B  E. g  e.  ( x H x ) A. y  e.  B  ( A. f  e.  ( y H x ) ( g (
<. y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( x H y ) ( f ( <. x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  f ) )
102, 7, 93syl 19 . 2  |-  ( ph  ->  A. x  e.  B  E. g  e.  (
x H x ) A. y  e.  B  ( A. f  e.  ( y H x ) ( g ( <.
y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( x H y ) ( f ( <. x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  f ) )
11 id 20 . . . . 5  |-  ( x  =  X  ->  x  =  X )
1211, 11oveq12d 6099 . . . 4  |-  ( x  =  X  ->  (
x H x )  =  ( X H X ) )
13 oveq2 6089 . . . . . . 7  |-  ( x  =  X  ->  (
y H x )  =  ( y H X ) )
14 opeq2 3985 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  X  ->  <. y ,  x >.  =  <. y ,  X >. )
1514, 11oveq12d 6099 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  X  ->  ( <. y ,  x >.  .x.  x )  =  (
<. y ,  X >.  .x. 
X ) )
1615oveqd 6098 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  X  ->  (
g ( <. y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  ( g ( <. y ,  X >.  .x.  X ) f ) )
1716eqeq1d 2444 . . . . . . 7  |-  ( x  =  X  ->  (
( g ( <.
y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  f  <->  ( g
( <. y ,  X >.  .x.  X ) f )  =  f ) )
1813, 17raleqbidv 2916 . . . . . 6  |-  ( x  =  X  ->  ( A. f  e.  (
y H x ) ( g ( <.
y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  f  <->  A. f  e.  ( y H X ) ( g (
<. y ,  X >.  .x. 
X ) f )  =  f ) )
19 oveq1 6088 . . . . . . 7  |-  ( x  =  X  ->  (
x H y )  =  ( X H y ) )
2011, 11opeq12d 3992 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  X  ->  <. x ,  x >.  =  <. X ,  X >. )
2120oveq1d 6096 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  X  ->  ( <. x ,  x >.  .x.  y )  =  (
<. X ,  X >.  .x.  y ) )
2221oveqd 6098 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  X  ->  (
f ( <. x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  ( f ( <. X ,  X >.  .x.  y )
g ) )
2322eqeq1d 2444 . . . . . . 7  |-  ( x  =  X  ->  (
( f ( <.
x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  f  <->  ( f
( <. X ,  X >.  .x.  y ) g )  =  f ) )
2419, 23raleqbidv 2916 . . . . . 6  |-  ( x  =  X  ->  ( A. f  e.  (
x H y ) ( f ( <.
x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  f  <->  A. f  e.  ( X H y ) ( f (
<. X ,  X >.  .x.  y ) g )  =  f ) )
2518, 24anbi12d 692 . . . . 5  |-  ( x  =  X  ->  (
( A. f  e.  ( y H x ) ( g (
<. y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( x H y ) ( f ( <. x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  f )  <->  ( A. f  e.  ( y H X ) ( g (
<. y ,  X >.  .x. 
X ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( X H y ) ( f ( <. X ,  X >.  .x.  y )
g )  =  f ) ) )
2625ralbidv 2725 . . . 4  |-  ( x  =  X  ->  ( A. y  e.  B  ( A. f  e.  ( y H x ) ( g ( <.
y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( x H y ) ( f ( <. x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  f )  <->  A. y  e.  B  ( A. f  e.  ( y H X ) ( g ( <.
y ,  X >.  .x. 
X ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( X H y ) ( f ( <. X ,  X >.  .x.  y )
g )  =  f ) ) )
2712, 26rexeqbidv 2917 . . 3  |-  ( x  =  X  ->  ( E. g  e.  (
x H x ) A. y  e.  B  ( A. f  e.  ( y H x ) ( g ( <.
y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( x H y ) ( f ( <. x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  f )  <->  E. g  e.  ( X H X ) A. y  e.  B  ( A. f  e.  ( y H X ) ( g ( <.
y ,  X >.  .x. 
X ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( X H y ) ( f ( <. X ,  X >.  .x.  y )
g )  =  f ) ) )
2827rspcv 3048 . 2  |-  ( X  e.  B  ->  ( A. x  e.  B  E. g  e.  (
x H x ) A. y  e.  B  ( A. f  e.  ( y H x ) ( g ( <.
y ,  x >.  .x.  x ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( x H y ) ( f ( <. x ,  x >.  .x.  y ) g )  =  f )  ->  E. g  e.  ( X H X ) A. y  e.  B  ( A. f  e.  ( y H X ) ( g (
<. y ,  X >.  .x. 
X ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( X H y ) ( f ( <. X ,  X >.  .x.  y )
g )  =  f ) ) )
291, 10, 28sylc 58 1  |-  ( ph  ->  E. g  e.  ( X H X ) A. y  e.  B  ( A. f  e.  ( y H X ) ( g ( <.
y ,  X >.  .x. 
X ) f )  =  f  /\  A. f  e.  ( X H y ) ( f ( <. X ,  X >.  .x.  y )
g )  =  f ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 359    = wceq 1652    e. wcel 1725   A.wral 2705   E.wrex 2706   <.cop 3817   ` cfv 5454  (class class class)co 6081   Basecbs 13469    Hom chom 13540  compcco 13541   Catccat 13889
This theorem is referenced by:  catideu  13900
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1555  ax-5 1566  ax-17 1626  ax-9 1666  ax-8 1687  ax-6 1744  ax-7 1749  ax-11 1761  ax-12 1950  ax-ext 2417  ax-nul 4338
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3an 938  df-tru 1328  df-ex 1551  df-nf 1554  df-sb 1659  df-eu 2285  df-clab 2423  df-cleq 2429  df-clel 2432  df-nfc 2561  df-ne 2601  df-ral 2710  df-rex 2711  df-rab 2714  df-v 2958  df-sbc 3162  df-dif 3323  df-un 3325  df-in 3327  df-ss 3334  df-nul 3629  df-if 3740  df-sn 3820  df-pr 3821  df-op 3823  df-uni 4016  df-br 4213  df-iota 5418  df-fv 5462  df-ov 6084  df-cat 13893
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