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Theorem issubc3 13739
Description: Alternate definition of a subcategory, as a subset of the category which is itself a category. The assumption that the identity be closed is necessary just as in the case of a monoid, issubm2 14442, for the same reasons, since categories are a generalization of monoids. (Contributed by Mario Carneiro, 6-Jan-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
issubc3.h  |-  H  =  (  Homf 
`  C )
issubc3.i  |-  .1.  =  ( Id `  C )
issubc3.1  |-  D  =  ( C  |`cat  J )
issubc3.c  |-  ( ph  ->  C  e.  Cat )
issubc3.a  |-  ( ph  ->  J  Fn  ( S  X.  S ) )
Assertion
Ref Expression
issubc3  |-  ( ph  ->  ( J  e.  (Subcat `  C )  <->  ( J  C_cat  H  /\  A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  D  e.  Cat ) ) )
Distinct variable groups:    x, C    x, D    x, H    ph, x    x, J    x, S
Allowed substitution hint:    .1. ( x)

Proof of Theorem issubc3
Dummy variables  f 
g  y  z are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpr 447 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  J  e.  (Subcat `  C ) )  ->  J  e.  (Subcat `  C ) )
2 issubc3.h . . . 4  |-  H  =  (  Homf 
`  C )
31, 2subcssc 13730 . . 3  |-  ( (
ph  /\  J  e.  (Subcat `  C ) )  ->  J  C_cat  H )
41adantr 451 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  J  e.  (Subcat `  C )
)  /\  x  e.  S )  ->  J  e.  (Subcat `  C )
)
5 issubc3.a . . . . . 6  |-  ( ph  ->  J  Fn  ( S  X.  S ) )
65ad2antrr 706 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  J  e.  (Subcat `  C )
)  /\  x  e.  S )  ->  J  Fn  ( S  X.  S
) )
7 simpr 447 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  J  e.  (Subcat `  C )
)  /\  x  e.  S )  ->  x  e.  S )
8 issubc3.i . . . . 5  |-  .1.  =  ( Id `  C )
94, 6, 7, 8subcidcl 13734 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  J  e.  (Subcat `  C )
)  /\  x  e.  S )  ->  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x ) )
109ralrimiva 2639 . . 3  |-  ( (
ph  /\  J  e.  (Subcat `  C ) )  ->  A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x ) )
11 issubc3.1 . . . 4  |-  D  =  ( C  |`cat  J )
1211, 1subccat 13738 . . 3  |-  ( (
ph  /\  J  e.  (Subcat `  C ) )  ->  D  e.  Cat )
133, 10, 123jca 1132 . 2  |-  ( (
ph  /\  J  e.  (Subcat `  C ) )  ->  ( J  C_cat  H  /\  A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  D  e. 
Cat ) )
14 simpr1 961 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  D  e.  Cat ) )  ->  J  C_cat  H )
15 simpr2 962 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  D  e.  Cat ) )  ->  A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x ) )
16 eqid 2296 . . . . . . . . . 10  |-  ( Base `  D )  =  (
Base `  D )
17 eqid 2296 . . . . . . . . . 10  |-  (  Hom  `  D )  =  (  Hom  `  D )
18 eqid 2296 . . . . . . . . . 10  |-  (comp `  D )  =  (comp `  D )
19 simplrr 737 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  D  e.  Cat )
20 simprl1 1000 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  x  e.  S )
21 eqid 2296 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( Base `  C )  =  (
Base `  C )
22 issubc3.c . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ph  ->  C  e.  Cat )
2322ad2antrr 706 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  C  e.  Cat )
245ad2antrr 706 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  J  Fn  ( S  X.  S
) )
252, 21homffn 13612 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  H  Fn  ( ( Base `  C
)  X.  ( Base `  C ) )
2625a1i 10 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  H  Fn  ( ( Base `  C
)  X.  ( Base `  C ) ) )
27 simplrl 736 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  J  C_cat  H )
2824, 26, 27ssc1 13714 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  S  C_  ( Base `  C
) )
2911, 21, 23, 24, 28rescbas 13722 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  S  =  ( Base `  D
) )
3020, 29eleqtrd 2372 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  x  e.  ( Base `  D
) )
31 simprl2 1001 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  y  e.  S )
3231, 29eleqtrd 2372 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  y  e.  ( Base `  D
) )
33 simprl3 1002 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  z  e.  S )
3433, 29eleqtrd 2372 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  z  e.  ( Base `  D
) )
35 simprrl 740 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  f  e.  ( x J y ) )
3611, 21, 23, 24, 28reschom 13723 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  J  =  (  Hom  `  D
) )
3736oveqd 5891 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  (
x J y )  =  ( x (  Hom  `  D )
y ) )
3835, 37eleqtrd 2372 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  f  e.  ( x (  Hom  `  D ) y ) )
39 simprrr 741 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  g  e.  ( y J z ) )
4036oveqd 5891 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  (
y J z )  =  ( y (  Hom  `  D )
z ) )
4139, 40eleqtrd 2372 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  g  e.  ( y (  Hom  `  D ) z ) )
4216, 17, 18, 19, 30, 32, 34, 38, 41catcocl 13603 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  (
g ( <. x ,  y >. (comp `  D ) z ) f )  e.  ( x (  Hom  `  D
) z ) )
43 eqid 2296 . . . . . . . . . . . 12  |-  (comp `  C )  =  (comp `  C )
4411, 21, 23, 24, 28, 43rescco 13725 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  (comp `  C )  =  (comp `  D ) )
4544oveqd 5891 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  ( <. x ,  y >.
(comp `  C )
z )  =  (
<. x ,  y >.
(comp `  D )
z ) )
4645oveqd 5891 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  (
g ( <. x ,  y >. (comp `  C ) z ) f )  =  ( g ( <. x ,  y >. (comp `  D ) z ) f ) )
4736oveqd 5891 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  (
x J z )  =  ( x (  Hom  `  D )
z ) )
4842, 46, 473eltr4d 2377 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S )  /\  (
f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) ) )  ->  (
g ( <. x ,  y >. (comp `  C ) z ) f )  e.  ( x J z ) )
4948anassrs 629 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e.  Cat )
)  /\  ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S ) )  /\  ( f  e.  ( x J y )  /\  g  e.  ( y J z ) ) )  ->  (
g ( <. x ,  y >. (comp `  C ) z ) f )  e.  ( x J z ) )
5049ralrimivva 2648 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e. 
Cat ) )  /\  ( x  e.  S  /\  y  e.  S  /\  z  e.  S
) )  ->  A. f  e.  ( x J y ) A. g  e.  ( y J z ) ( g (
<. x ,  y >.
(comp `  C )
z ) f )  e.  ( x J z ) )
5150ralrimivvva 2649 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  D  e.  Cat ) )  ->  A. x  e.  S  A. y  e.  S  A. z  e.  S  A. f  e.  ( x J y ) A. g  e.  ( y J z ) ( g (
<. x ,  y >.
(comp `  C )
z ) f )  e.  ( x J z ) )
52513adantr2 1115 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  D  e.  Cat ) )  ->  A. x  e.  S  A. y  e.  S  A. z  e.  S  A. f  e.  ( x J y ) A. g  e.  ( y J z ) ( g (
<. x ,  y >.
(comp `  C )
z ) f )  e.  ( x J z ) )
53 r19.26 2688 . . . 4  |-  ( A. x  e.  S  (
(  .1.  `  x
)  e.  ( x J x )  /\  A. y  e.  S  A. z  e.  S  A. f  e.  ( x J y ) A. g  e.  ( y J z ) ( g ( <. x ,  y >. (comp `  C ) z ) f )  e.  ( x J z ) )  <->  ( A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  A. x  e.  S  A. y  e.  S  A. z  e.  S  A. f  e.  ( x J y ) A. g  e.  ( y J z ) ( g (
<. x ,  y >.
(comp `  C )
z ) f )  e.  ( x J z ) ) )
5415, 52, 53sylanbrc 645 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  D  e.  Cat ) )  ->  A. x  e.  S  ( (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  A. y  e.  S  A. z  e.  S  A. f  e.  ( x J y ) A. g  e.  ( y J z ) ( g (
<. x ,  y >.
(comp `  C )
z ) f )  e.  ( x J z ) ) )
5522adantr 451 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  D  e.  Cat ) )  ->  C  e.  Cat )
565adantr 451 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  D  e.  Cat ) )  ->  J  Fn  ( S  X.  S
) )
572, 8, 43, 55, 56issubc2 13729 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  D  e.  Cat ) )  ->  ( J  e.  (Subcat `  C
)  <->  ( J  C_cat  H  /\  A. x  e.  S  ( (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  A. y  e.  S  A. z  e.  S  A. f  e.  ( x J y ) A. g  e.  ( y J z ) ( g (
<. x ,  y >.
(comp `  C )
z ) f )  e.  ( x J z ) ) ) ) )
5814, 54, 57mpbir2and 888 . 2  |-  ( (
ph  /\  ( J  C_cat  H  /\  A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  D  e.  Cat ) )  ->  J  e.  (Subcat `  C )
)
5913, 58impbida 805 1  |-  ( ph  ->  ( J  e.  (Subcat `  C )  <->  ( J  C_cat  H  /\  A. x  e.  S  (  .1.  `  x )  e.  ( x J x )  /\  D  e.  Cat ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 176    /\ wa 358    /\ w3a 934    = wceq 1632    e. wcel 1696   A.wral 2556   <.cop 3656   class class class wbr 4039    X. cxp 4703    Fn wfn 5266   ` cfv 5271  (class class class)co 5874   Basecbs 13164    Hom chom 13235  compcco 13236   Catccat 13582   Idccid 13583    Homf chomf 13584    C_cat cssc 13700    |`cat cresc 13701  Subcatcsubc 13702
This theorem is referenced by:  subsubc  13743
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1536  ax-5 1547  ax-17 1606  ax-9 1644  ax-8 1661  ax-13 1698  ax-14 1700  ax-6 1715  ax-7 1720  ax-11 1727  ax-12 1878  ax-ext 2277  ax-rep 4147  ax-sep 4157  ax-nul 4165  ax-pow 4204  ax-pr 4230  ax-un 4528  ax-cnex 8809  ax-resscn 8810  ax-1cn 8811  ax-icn 8812  ax-addcl 8813  ax-addrcl 8814  ax-mulcl 8815  ax-mulrcl 8816  ax-mulcom 8817  ax-addass 8818  ax-mulass 8819  ax-distr 8820  ax-i2m1 8821  ax-1ne0 8822  ax-1rid 8823  ax-rnegex 8824  ax-rrecex 8825  ax-cnre 8826  ax-pre-lttri 8827  ax-pre-lttrn 8828  ax-pre-ltadd 8829  ax-pre-mulgt0 8830
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1532  df-nf 1535  df-sb 1639  df-eu 2160  df-mo 2161  df-clab 2283  df-cleq 2289  df-clel 2292  df-nfc 2421  df-ne 2461  df-nel 2462  df-ral 2561  df-rex 2562  df-reu 2563  df-rmo 2564  df-rab 2565  df-v 2803  df-sbc 3005  df-csb 3095  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-pss 3181  df-nul 3469  df-if 3579  df-pw 3640  df-sn 3659  df-pr 3660  df-tp 3661  df-op 3662  df-uni 3844  df-iun 3923  df-br 4040  df-opab 4094  df-mpt 4095  df-tr 4130  df-eprel 4321  df-id 4325  df-po 4330  df-so 4331  df-fr 4368  df-we 4370  df-ord 4411  df-on 4412  df-lim 4413  df-suc 4414  df-om 4673  df-xp 4711  df-rel 4712  df-cnv 4713  df-co 4714  df-dm 4715  df-rn 4716  df-res 4717  df-ima 4718  df-iota 5235  df-fun 5273  df-fn 5274  df-f 5275  df-f1 5276  df-fo 5277  df-f1o 5278  df-fv 5279  df-ov 5877  df-oprab 5878  df-mpt2 5879  df-1st 6138  df-2nd 6139  df-riota 6320  df-recs 6404  df-rdg 6439  df-er 6676  df-pm 6791  df-ixp 6834  df-en 6880  df-dom 6881  df-sdom 6882  df-pnf 8885  df-mnf 8886  df-xr 8887  df-ltxr 8888  df-le 8889  df-sub 9055  df-neg 9056  df-nn 9763  df-2 9820  df-3 9821  df-4 9822  df-5 9823  df-6 9824  df-7 9825  df-8 9826  df-9 9827  df-10 9828  df-n0 9982  df-z 10041  df-dec 10141  df-ndx 13167  df-slot 13168  df-base 13169  df-sets 13170  df-ress 13171  df-hom 13248  df-cco 13249  df-cat 13586  df-cid 13587  df-homf 13588  df-ssc 13703  df-resc 13704  df-subc 13705
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