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Theorem isfuncd 14067
Description: Deduce that an operation is a functor of categories. (Contributed by Mario Carneiro, 4-Jan-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
isfunc.b  |-  B  =  ( Base `  D
)
isfunc.c  |-  C  =  ( Base `  E
)
isfunc.h  |-  H  =  (  Hom  `  D
)
isfunc.j  |-  J  =  (  Hom  `  E
)
isfunc.1  |-  .1.  =  ( Id `  D )
isfunc.i  |-  I  =  ( Id `  E
)
isfunc.x  |-  .x.  =  (comp `  D )
isfunc.o  |-  O  =  (comp `  E )
isfunc.d  |-  ( ph  ->  D  e.  Cat )
isfunc.e  |-  ( ph  ->  E  e.  Cat )
isfuncd.1  |-  ( ph  ->  F : B --> C )
isfuncd.2  |-  ( ph  ->  G  Fn  ( B  X.  B ) )
isfuncd.3  |-  ( (
ph  /\  ( x  e.  B  /\  y  e.  B ) )  -> 
( x G y ) : ( x H y ) --> ( ( F `  x
) J ( F `
 y ) ) )
isfuncd.4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  B )  ->  (
( x G x ) `  (  .1.  `  x ) )  =  ( I `  ( F `  x )
) )
isfuncd.5  |-  ( (
ph  /\  ( x  e.  B  /\  y  e.  B  /\  z  e.  B )  /\  (
m  e.  ( x H y )  /\  n  e.  ( y H z ) ) )  ->  ( (
x G z ) `
 ( n (
<. x ,  y >.  .x.  z ) m ) )  =  ( ( ( y G z ) `  n ) ( <. ( F `  x ) ,  ( F `  y )
>. O ( F `  z ) ) ( ( x G y ) `  m ) ) )
Assertion
Ref Expression
isfuncd  |-  ( ph  ->  F ( D  Func  E ) G )
Distinct variable groups:    m, n, x, y, z, B    D, m, n, x, y, z   
m, E, n, x, y, z    m, H, n, x, y, z   
m, F, n, x, y, z    m, G, n, x, y, z   
x, J, y, z    ph, m, n, x, y, z
Allowed substitution hints:    C( x, y, z, m, n)    .x. ( x, y, z, m, n)    .1. ( x, y, z, m, n)    I( x, y, z, m, n)    J( m, n)    O( x, y, z, m, n)

Proof of Theorem isfuncd
StepHypRef Expression
1 isfuncd.1 . 2  |-  ( ph  ->  F : B --> C )
2 isfuncd.2 . . . 4  |-  ( ph  ->  G  Fn  ( B  X.  B ) )
3 isfunc.b . . . . . 6  |-  B  =  ( Base `  D
)
4 fvex 5745 . . . . . 6  |-  ( Base `  D )  e.  _V
53, 4eqeltri 2508 . . . . 5  |-  B  e. 
_V
65, 5xpex 4993 . . . 4  |-  ( B  X.  B )  e. 
_V
7 fnex 5964 . . . 4  |-  ( ( G  Fn  ( B  X.  B )  /\  ( B  X.  B
)  e.  _V )  ->  G  e.  _V )
82, 6, 7sylancl 645 . . 3  |-  ( ph  ->  G  e.  _V )
9 isfuncd.3 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( x  e.  B  /\  y  e.  B ) )  -> 
( x G y ) : ( x H y ) --> ( ( F `  x
) J ( F `
 y ) ) )
10 ovex 6109 . . . . . . 7  |-  ( ( F `  x ) J ( F `  y ) )  e. 
_V
11 ovex 6109 . . . . . . 7  |-  ( x H y )  e. 
_V
1210, 11elmap 7045 . . . . . 6  |-  ( ( x G y )  e.  ( ( ( F `  x ) J ( F `  y ) )  ^m  ( x H y ) )  <->  ( x G y ) : ( x H y ) --> ( ( F `
 x ) J ( F `  y
) ) )
139, 12sylibr 205 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  ( x  e.  B  /\  y  e.  B ) )  -> 
( x G y )  e.  ( ( ( F `  x
) J ( F `
 y ) )  ^m  ( x H y ) ) )
1413ralrimivva 2800 . . . 4  |-  ( ph  ->  A. x  e.  B  A. y  e.  B  ( x G y )  e.  ( ( ( F `  x
) J ( F `
 y ) )  ^m  ( x H y ) ) )
15 fveq2 5731 . . . . . . 7  |-  ( z  =  <. x ,  y
>.  ->  ( G `  z )  =  ( G `  <. x ,  y >. )
)
16 df-ov 6087 . . . . . . 7  |-  ( x G y )  =  ( G `  <. x ,  y >. )
1715, 16syl6eqr 2488 . . . . . 6  |-  ( z  =  <. x ,  y
>.  ->  ( G `  z )  =  ( x G y ) )
18 vex 2961 . . . . . . . . . 10  |-  x  e. 
_V
19 vex 2961 . . . . . . . . . 10  |-  y  e. 
_V
2018, 19op1std 6360 . . . . . . . . 9  |-  ( z  =  <. x ,  y
>.  ->  ( 1st `  z
)  =  x )
2120fveq2d 5735 . . . . . . . 8  |-  ( z  =  <. x ,  y
>.  ->  ( F `  ( 1st `  z ) )  =  ( F `
 x ) )
2218, 19op2ndd 6361 . . . . . . . . 9  |-  ( z  =  <. x ,  y
>.  ->  ( 2nd `  z
)  =  y )
2322fveq2d 5735 . . . . . . . 8  |-  ( z  =  <. x ,  y
>.  ->  ( F `  ( 2nd `  z ) )  =  ( F `
 y ) )
2421, 23oveq12d 6102 . . . . . . 7  |-  ( z  =  <. x ,  y
>.  ->  ( ( F `
 ( 1st `  z
) ) J ( F `  ( 2nd `  z ) ) )  =  ( ( F `
 x ) J ( F `  y
) ) )
25 fveq2 5731 . . . . . . . 8  |-  ( z  =  <. x ,  y
>.  ->  ( H `  z )  =  ( H `  <. x ,  y >. )
)
26 df-ov 6087 . . . . . . . 8  |-  ( x H y )  =  ( H `  <. x ,  y >. )
2725, 26syl6eqr 2488 . . . . . . 7  |-  ( z  =  <. x ,  y
>.  ->  ( H `  z )  =  ( x H y ) )
2824, 27oveq12d 6102 . . . . . 6  |-  ( z  =  <. x ,  y
>.  ->  ( ( ( F `  ( 1st `  z ) ) J ( F `  ( 2nd `  z ) ) )  ^m  ( H `
 z ) )  =  ( ( ( F `  x ) J ( F `  y ) )  ^m  ( x H y ) ) )
2917, 28eleq12d 2506 . . . . 5  |-  ( z  =  <. x ,  y
>.  ->  ( ( G `
 z )  e.  ( ( ( F `
 ( 1st `  z
) ) J ( F `  ( 2nd `  z ) ) )  ^m  ( H `  z ) )  <->  ( x G y )  e.  ( ( ( F `
 x ) J ( F `  y
) )  ^m  (
x H y ) ) ) )
3029ralxp 5019 . . . 4  |-  ( A. z  e.  ( B  X.  B ) ( G `
 z )  e.  ( ( ( F `
 ( 1st `  z
) ) J ( F `  ( 2nd `  z ) ) )  ^m  ( H `  z ) )  <->  A. x  e.  B  A. y  e.  B  ( x G y )  e.  ( ( ( F `
 x ) J ( F `  y
) )  ^m  (
x H y ) ) )
3114, 30sylibr 205 . . 3  |-  ( ph  ->  A. z  e.  ( B  X.  B ) ( G `  z
)  e.  ( ( ( F `  ( 1st `  z ) ) J ( F `  ( 2nd `  z ) ) )  ^m  ( H `  z )
) )
32 elixp2 7069 . . 3  |-  ( G  e.  X_ z  e.  ( B  X.  B ) ( ( ( F `
 ( 1st `  z
) ) J ( F `  ( 2nd `  z ) ) )  ^m  ( H `  z ) )  <->  ( G  e.  _V  /\  G  Fn  ( B  X.  B
)  /\  A. z  e.  ( B  X.  B
) ( G `  z )  e.  ( ( ( F `  ( 1st `  z ) ) J ( F `
 ( 2nd `  z
) ) )  ^m  ( H `  z ) ) ) )
338, 2, 31, 32syl3anbrc 1139 . 2  |-  ( ph  ->  G  e.  X_ z  e.  ( B  X.  B
) ( ( ( F `  ( 1st `  z ) ) J ( F `  ( 2nd `  z ) ) )  ^m  ( H `
 z ) ) )
34 isfuncd.4 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  B )  ->  (
( x G x ) `  (  .1.  `  x ) )  =  ( I `  ( F `  x )
) )
35 isfuncd.5 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  ( x  e.  B  /\  y  e.  B  /\  z  e.  B )  /\  (
m  e.  ( x H y )  /\  n  e.  ( y H z ) ) )  ->  ( (
x G z ) `
 ( n (
<. x ,  y >.  .x.  z ) m ) )  =  ( ( ( y G z ) `  n ) ( <. ( F `  x ) ,  ( F `  y )
>. O ( F `  z ) ) ( ( x G y ) `  m ) ) )
36353expia 1156 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  ( x  e.  B  /\  y  e.  B  /\  z  e.  B ) )  -> 
( ( m  e.  ( x H y )  /\  n  e.  ( y H z ) )  ->  (
( x G z ) `  ( n ( <. x ,  y
>.  .x.  z ) m ) )  =  ( ( ( y G z ) `  n
) ( <. ( F `  x ) ,  ( F `  y ) >. O ( F `  z ) ) ( ( x G y ) `  m ) ) ) )
37363exp2 1172 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( x  e.  B  ->  ( y  e.  B  ->  ( z  e.  B  ->  ( ( m  e.  ( x H y )  /\  n  e.  ( y H z ) )  ->  (
( x G z ) `  ( n ( <. x ,  y
>.  .x.  z ) m ) )  =  ( ( ( y G z ) `  n
) ( <. ( F `  x ) ,  ( F `  y ) >. O ( F `  z ) ) ( ( x G y ) `  m ) ) ) ) ) ) )
3837imp43 580 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  x  e.  B )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  B )
)  ->  ( (
m  e.  ( x H y )  /\  n  e.  ( y H z ) )  ->  ( ( x G z ) `  ( n ( <.
x ,  y >.  .x.  z ) m ) )  =  ( ( ( y G z ) `  n ) ( <. ( F `  x ) ,  ( F `  y )
>. O ( F `  z ) ) ( ( x G y ) `  m ) ) ) )
3938ralrimivv 2799 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  x  e.  B )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  B )
)  ->  A. m  e.  ( x H y ) A. n  e.  ( y H z ) ( ( x G z ) `  ( n ( <.
x ,  y >.  .x.  z ) m ) )  =  ( ( ( y G z ) `  n ) ( <. ( F `  x ) ,  ( F `  y )
>. O ( F `  z ) ) ( ( x G y ) `  m ) ) )
4039ralrimivva 2800 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  B )  ->  A. y  e.  B  A. z  e.  B  A. m  e.  ( x H y ) A. n  e.  ( y H z ) ( ( x G z ) `  ( n ( <.
x ,  y >.  .x.  z ) m ) )  =  ( ( ( y G z ) `  n ) ( <. ( F `  x ) ,  ( F `  y )
>. O ( F `  z ) ) ( ( x G y ) `  m ) ) )
4134, 40jca 520 . . 3  |-  ( (
ph  /\  x  e.  B )  ->  (
( ( x G x ) `  (  .1.  `  x ) )  =  ( I `  ( F `  x ) )  /\  A. y  e.  B  A. z  e.  B  A. m  e.  ( x H y ) A. n  e.  ( y H z ) ( ( x G z ) `  ( n ( <.
x ,  y >.  .x.  z ) m ) )  =  ( ( ( y G z ) `  n ) ( <. ( F `  x ) ,  ( F `  y )
>. O ( F `  z ) ) ( ( x G y ) `  m ) ) ) )
4241ralrimiva 2791 . 2  |-  ( ph  ->  A. x  e.  B  ( ( ( x G x ) `  (  .1.  `  x )
)  =  ( I `
 ( F `  x ) )  /\  A. y  e.  B  A. z  e.  B  A. m  e.  ( x H y ) A. n  e.  ( y H z ) ( ( x G z ) `  ( n ( <. x ,  y
>.  .x.  z ) m ) )  =  ( ( ( y G z ) `  n
) ( <. ( F `  x ) ,  ( F `  y ) >. O ( F `  z ) ) ( ( x G y ) `  m ) ) ) )
43 isfunc.c . . 3  |-  C  =  ( Base `  E
)
44 isfunc.h . . 3  |-  H  =  (  Hom  `  D
)
45 isfunc.j . . 3  |-  J  =  (  Hom  `  E
)
46 isfunc.1 . . 3  |-  .1.  =  ( Id `  D )
47 isfunc.i . . 3  |-  I  =  ( Id `  E
)
48 isfunc.x . . 3  |-  .x.  =  (comp `  D )
49 isfunc.o . . 3  |-  O  =  (comp `  E )
50 isfunc.d . . 3  |-  ( ph  ->  D  e.  Cat )
51 isfunc.e . . 3  |-  ( ph  ->  E  e.  Cat )
523, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51isfunc 14066 . 2  |-  ( ph  ->  ( F ( D 
Func  E ) G  <->  ( F : B --> C  /\  G  e.  X_ z  e.  ( B  X.  B ) ( ( ( F `
 ( 1st `  z
) ) J ( F `  ( 2nd `  z ) ) )  ^m  ( H `  z ) )  /\  A. x  e.  B  ( ( ( x G x ) `  (  .1.  `  x ) )  =  ( I `  ( F `  x ) )  /\  A. y  e.  B  A. z  e.  B  A. m  e.  ( x H y ) A. n  e.  ( y H z ) ( ( x G z ) `  ( n ( <.
x ,  y >.  .x.  z ) m ) )  =  ( ( ( y G z ) `  n ) ( <. ( F `  x ) ,  ( F `  y )
>. O ( F `  z ) ) ( ( x G y ) `  m ) ) ) ) ) )
531, 33, 42, 52mpbir3and 1138 1  |-  ( ph  ->  F ( D  Func  E ) G )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 360    /\ w3a 937    = wceq 1653    e. wcel 1726   A.wral 2707   _Vcvv 2958   <.cop 3819   class class class wbr 4215    X. cxp 4879    Fn wfn 5452   -->wf 5453   ` cfv 5457  (class class class)co 6084   1stc1st 6350   2ndc2nd 6351    ^m cmap 7021   X_cixp 7066   Basecbs 13474    Hom chom 13545  compcco 13546   Catccat 13894   Idccid 13895    Func cfunc 14056
This theorem is referenced by:  funcoppc  14077  funcres  14098  catcisolem  14266  1stfcl  14299  2ndfcl  14300  prfcl  14305  evlfcl  14324  curf1cl  14330  curfcl  14334  hofcl  14361
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1556  ax-5 1567  ax-17 1627  ax-9 1667  ax-8 1688  ax-13 1728  ax-14 1730  ax-6 1745  ax-7 1750  ax-11 1762  ax-12 1951  ax-ext 2419  ax-rep 4323  ax-sep 4333  ax-nul 4341  ax-pow 4380  ax-pr 4406  ax-un 4704
This theorem depends on definitions:  df-bi 179  df-or 361  df-an 362  df-3an 939  df-tru 1329  df-ex 1552  df-nf 1555  df-sb 1660  df-eu 2287  df-mo 2288  df-clab 2425  df-cleq 2431  df-clel 2434  df-nfc 2563  df-ne 2603  df-ral 2712  df-rex 2713  df-reu 2714  df-rab 2716  df-v 2960  df-sbc 3164  df-csb 3254  df-dif 3325  df-un 3327  df-in 3329  df-ss 3336  df-nul 3631  df-if 3742  df-pw 3803  df-sn 3822  df-pr 3823  df-op 3825  df-uni 4018  df-iun 4097  df-br 4216  df-opab 4270  df-mpt 4271  df-id 4501  df-xp 4887  df-rel 4888  df-cnv 4889  df-co 4890  df-dm 4891  df-rn 4892  df-res 4893  df-ima 4894  df-iota 5421  df-fun 5459  df-fn 5460  df-f 5461  df-f1 5462  df-fo 5463  df-f1o 5464  df-fv 5465  df-ov 6087  df-oprab 6088  df-mpt2 6089  df-1st 6352  df-2nd 6353  df-map 7023  df-ixp 7067  df-func 14060
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