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Theorem nati 13845
Description: Naturality property of a natural transformation. (Contributed by Mario Carneiro, 6-Jan-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
natrcl.1  |-  N  =  ( C Nat  D )
natixp.2  |-  ( ph  ->  A  e.  ( <. F ,  G >. N
<. K ,  L >. ) )
natixp.b  |-  B  =  ( Base `  C
)
nati.h  |-  H  =  (  Hom  `  C
)
nati.o  |-  .x.  =  (comp `  D )
nati.x  |-  ( ph  ->  X  e.  B )
nati.y  |-  ( ph  ->  Y  e.  B )
nati.r  |-  ( ph  ->  R  e.  ( X H Y ) )
Assertion
Ref Expression
nati  |-  ( ph  ->  ( ( A `  Y ) ( <.
( F `  X
) ,  ( F `
 Y ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( ( X G Y ) `
 R ) )  =  ( ( ( X L Y ) `
 R ) (
<. ( F `  X
) ,  ( K `
 X ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( A `
 X ) ) )

Proof of Theorem nati
Dummy variables  x  f  y are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 natixp.2 . . . 4  |-  ( ph  ->  A  e.  ( <. F ,  G >. N
<. K ,  L >. ) )
2 natrcl.1 . . . . 5  |-  N  =  ( C Nat  D )
3 natixp.b . . . . 5  |-  B  =  ( Base `  C
)
4 nati.h . . . . 5  |-  H  =  (  Hom  `  C
)
5 eqid 2296 . . . . 5  |-  (  Hom  `  D )  =  (  Hom  `  D )
6 nati.o . . . . 5  |-  .x.  =  (comp `  D )
72natrcl 13840 . . . . . . . 8  |-  ( A  e.  ( <. F ,  G >. N <. K ,  L >. )  ->  ( <. F ,  G >.  e.  ( C  Func  D
)  /\  <. K ,  L >.  e.  ( C 
Func  D ) ) )
81, 7syl 15 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  ( <. F ,  G >.  e.  ( C  Func  D )  /\  <. K ,  L >.  e.  ( C 
Func  D ) ) )
98simpld 445 . . . . . 6  |-  ( ph  -> 
<. F ,  G >.  e.  ( C  Func  D
) )
10 df-br 4040 . . . . . 6  |-  ( F ( C  Func  D
) G  <->  <. F ,  G >.  e.  ( C 
Func  D ) )
119, 10sylibr 203 . . . . 5  |-  ( ph  ->  F ( C  Func  D ) G )
128simprd 449 . . . . . 6  |-  ( ph  -> 
<. K ,  L >.  e.  ( C  Func  D
) )
13 df-br 4040 . . . . . 6  |-  ( K ( C  Func  D
) L  <->  <. K ,  L >.  e.  ( C 
Func  D ) )
1412, 13sylibr 203 . . . . 5  |-  ( ph  ->  K ( C  Func  D ) L )
152, 3, 4, 5, 6, 11, 14isnat 13837 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( A  e.  (
<. F ,  G >. N
<. K ,  L >. )  <-> 
( A  e.  X_ x  e.  B  (
( F `  x
) (  Hom  `  D
) ( K `  x ) )  /\  A. x  e.  B  A. y  e.  B  A. f  e.  ( x H y ) ( ( A `  y
) ( <. ( F `  x ) ,  ( F `  y ) >.  .x.  ( K `  y )
) ( ( x G y ) `  f ) )  =  ( ( ( x L y ) `  f ) ( <.
( F `  x
) ,  ( K `
 x ) >.  .x.  ( K `  y
) ) ( A `
 x ) ) ) ) )
161, 15mpbid 201 . . 3  |-  ( ph  ->  ( A  e.  X_ x  e.  B  (
( F `  x
) (  Hom  `  D
) ( K `  x ) )  /\  A. x  e.  B  A. y  e.  B  A. f  e.  ( x H y ) ( ( A `  y
) ( <. ( F `  x ) ,  ( F `  y ) >.  .x.  ( K `  y )
) ( ( x G y ) `  f ) )  =  ( ( ( x L y ) `  f ) ( <.
( F `  x
) ,  ( K `
 x ) >.  .x.  ( K `  y
) ) ( A `
 x ) ) ) )
1716simprd 449 . 2  |-  ( ph  ->  A. x  e.  B  A. y  e.  B  A. f  e.  (
x H y ) ( ( A `  y ) ( <.
( F `  x
) ,  ( F `
 y ) >.  .x.  ( K `  y
) ) ( ( x G y ) `
 f ) )  =  ( ( ( x L y ) `
 f ) (
<. ( F `  x
) ,  ( K `
 x ) >.  .x.  ( K `  y
) ) ( A `
 x ) ) )
18 nati.x . . 3  |-  ( ph  ->  X  e.  B )
19 nati.y . . . . 5  |-  ( ph  ->  Y  e.  B )
2019adantr 451 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  =  X )  ->  Y  e.  B )
21 nati.r . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  R  e.  ( X H Y ) )
2221ad2antrr 706 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y )  ->  R  e.  ( X H Y ) )
23 simplr 731 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y )  ->  x  =  X )
24 simpr 447 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y )  ->  y  =  Y )
2523, 24oveq12d 5892 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y )  ->  (
x H y )  =  ( X H Y ) )
2622, 25eleqtrrd 2373 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y )  ->  R  e.  ( x H y ) )
27 simpllr 735 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  x  =  X )
2827fveq2d 5545 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  ( F `  x )  =  ( F `  X ) )
29 simplr 731 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  y  =  Y )
3029fveq2d 5545 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  ( F `  y )  =  ( F `  Y ) )
3128, 30opeq12d 3820 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  <. ( F `  x ) ,  ( F `  y ) >.  =  <. ( F `  X ) ,  ( F `  Y ) >. )
3229fveq2d 5545 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  ( K `  y )  =  ( K `  Y ) )
3331, 32oveq12d 5892 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  ( <. ( F `  x
) ,  ( F `
 y ) >.  .x.  ( K `  y
) )  =  (
<. ( F `  X
) ,  ( F `
 Y ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) )
3429fveq2d 5545 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  ( A `  y )  =  ( A `  Y ) )
3527, 29oveq12d 5892 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  (
x G y )  =  ( X G Y ) )
36 simpr 447 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  f  =  R )
3735, 36fveq12d 5547 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  (
( x G y ) `  f )  =  ( ( X G Y ) `  R ) )
3833, 34, 37oveq123d 5895 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  (
( A `  y
) ( <. ( F `  x ) ,  ( F `  y ) >.  .x.  ( K `  y )
) ( ( x G y ) `  f ) )  =  ( ( A `  Y ) ( <.
( F `  X
) ,  ( F `
 Y ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( ( X G Y ) `
 R ) ) )
3927fveq2d 5545 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  ( K `  x )  =  ( K `  X ) )
4028, 39opeq12d 3820 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  <. ( F `  x ) ,  ( K `  x ) >.  =  <. ( F `  X ) ,  ( K `  X ) >. )
4140, 32oveq12d 5892 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  ( <. ( F `  x
) ,  ( K `
 x ) >.  .x.  ( K `  y
) )  =  (
<. ( F `  X
) ,  ( K `
 X ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) )
4227, 29oveq12d 5892 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  (
x L y )  =  ( X L Y ) )
4342, 36fveq12d 5547 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  (
( x L y ) `  f )  =  ( ( X L Y ) `  R ) )
4427fveq2d 5545 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  ( A `  x )  =  ( A `  X ) )
4541, 43, 44oveq123d 5895 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  (
( ( x L y ) `  f
) ( <. ( F `  x ) ,  ( K `  x ) >.  .x.  ( K `  y )
) ( A `  x ) )  =  ( ( ( X L Y ) `  R ) ( <.
( F `  X
) ,  ( K `
 X ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( A `
 X ) ) )
4638, 45eqeq12d 2310 . . . . 5  |-  ( ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y
)  /\  f  =  R )  ->  (
( ( A `  y ) ( <.
( F `  x
) ,  ( F `
 y ) >.  .x.  ( K `  y
) ) ( ( x G y ) `
 f ) )  =  ( ( ( x L y ) `
 f ) (
<. ( F `  x
) ,  ( K `
 x ) >.  .x.  ( K `  y
) ) ( A `
 x ) )  <-> 
( ( A `  Y ) ( <.
( F `  X
) ,  ( F `
 Y ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( ( X G Y ) `
 R ) )  =  ( ( ( X L Y ) `
 R ) (
<. ( F `  X
) ,  ( K `
 X ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( A `
 X ) ) ) )
4726, 46rspcdv 2900 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  x  =  X )  /\  y  =  Y )  ->  ( A. f  e.  (
x H y ) ( ( A `  y ) ( <.
( F `  x
) ,  ( F `
 y ) >.  .x.  ( K `  y
) ) ( ( x G y ) `
 f ) )  =  ( ( ( x L y ) `
 f ) (
<. ( F `  x
) ,  ( K `
 x ) >.  .x.  ( K `  y
) ) ( A `
 x ) )  ->  ( ( A `
 Y ) (
<. ( F `  X
) ,  ( F `
 Y ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( ( X G Y ) `
 R ) )  =  ( ( ( X L Y ) `
 R ) (
<. ( F `  X
) ,  ( K `
 X ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( A `
 X ) ) ) )
4820, 47rspcimdv 2898 . . 3  |-  ( (
ph  /\  x  =  X )  ->  ( A. y  e.  B  A. f  e.  (
x H y ) ( ( A `  y ) ( <.
( F `  x
) ,  ( F `
 y ) >.  .x.  ( K `  y
) ) ( ( x G y ) `
 f ) )  =  ( ( ( x L y ) `
 f ) (
<. ( F `  x
) ,  ( K `
 x ) >.  .x.  ( K `  y
) ) ( A `
 x ) )  ->  ( ( A `
 Y ) (
<. ( F `  X
) ,  ( F `
 Y ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( ( X G Y ) `
 R ) )  =  ( ( ( X L Y ) `
 R ) (
<. ( F `  X
) ,  ( K `
 X ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( A `
 X ) ) ) )
4918, 48rspcimdv 2898 . 2  |-  ( ph  ->  ( A. x  e.  B  A. y  e.  B  A. f  e.  ( x H y ) ( ( A `
 y ) (
<. ( F `  x
) ,  ( F `
 y ) >.  .x.  ( K `  y
) ) ( ( x G y ) `
 f ) )  =  ( ( ( x L y ) `
 f ) (
<. ( F `  x
) ,  ( K `
 x ) >.  .x.  ( K `  y
) ) ( A `
 x ) )  ->  ( ( A `
 Y ) (
<. ( F `  X
) ,  ( F `
 Y ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( ( X G Y ) `
 R ) )  =  ( ( ( X L Y ) `
 R ) (
<. ( F `  X
) ,  ( K `
 X ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( A `
 X ) ) ) )
5017, 49mpd 14 1  |-  ( ph  ->  ( ( A `  Y ) ( <.
( F `  X
) ,  ( F `
 Y ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( ( X G Y ) `
 R ) )  =  ( ( ( X L Y ) `
 R ) (
<. ( F `  X
) ,  ( K `
 X ) >.  .x.  ( K `  Y
) ) ( A `
 X ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 358    = wceq 1632    e. wcel 1696   A.wral 2556   <.cop 3656   class class class wbr 4039   ` cfv 5271  (class class class)co 5874   X_cixp 6833   Basecbs 13164    Hom chom 13235  compcco 13236    Func cfunc 13744   Nat cnat 13831
This theorem is referenced by:  fuccocl  13854  invfuc  13864  evlfcllem  14011  yonedalem3b  14069  yonedainv  14071
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
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  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-ral 2561  df-rex 2562  df-reu 2563  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-nul 3469  df-if 3579  df-pw 3640  df-sn 3659  df-pr 3660  df-op 3662  df-uni 3844  df-iun 3923  df-br 4040  df-opab 4094  df-mpt 4095  df-id 4325  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-ixp 6834  df-func 13748  df-nat 13833
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