MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  cat1lem Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem cat1lem 18057
Description: The category of sets in a "universe" containing the empty set and another set does not have pairwise disjoint hom-sets as required in Axiom CAT 1 in [Lang] p. 53. Lemma for cat1 18058. (Contributed by Zhi Wang, 15-Sep-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
cat1lem.1 𝐶 = (SetCat‘𝑈)
cat1lem.2 (𝜑𝑈𝑉)
cat1lem.3 𝐵 = (Base‘𝐶)
cat1lem.4 𝐻 = (Hom ‘𝐶)
cat1lem.5 (𝜑 → ∅ ∈ 𝑈)
cat1lem.6 (𝜑𝑌𝑈)
cat1lem.7 (𝜑 → ∅ ≠ 𝑌)
Assertion
Ref Expression
cat1lem (𝜑 → ∃𝑥𝐵𝑦𝐵𝑧𝐵𝑤𝐵 (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧𝑦 = 𝑤)))
Distinct variable groups:   𝑤,𝐵,𝑥,𝑦,𝑧   𝑤,𝐻,𝑥,𝑦,𝑧   𝑤,𝑌
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤)   𝐶(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤)   𝑈(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤)   𝑉(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤)   𝑌(𝑥,𝑦,𝑧)

Proof of Theorem cat1lem
StepHypRef Expression
1 cat1lem.5 . . 3 (𝜑 → ∅ ∈ 𝑈)
2 cat1lem.1 . . . . 5 𝐶 = (SetCat‘𝑈)
3 cat1lem.2 . . . . 5 (𝜑𝑈𝑉)
42, 3setcbas 18039 . . . 4 (𝜑𝑈 = (Base‘𝐶))
5 cat1lem.3 . . . 4 𝐵 = (Base‘𝐶)
64, 5eqtr4di 2790 . . 3 (𝜑𝑈 = 𝐵)
71, 6eleqtrd 2839 . 2 (𝜑 → ∅ ∈ 𝐵)
8 cat1lem.6 . . . 4 (𝜑𝑌𝑈)
98, 6eleqtrd 2839 . . 3 (𝜑𝑌𝐵)
10 f0 6716 . . . . 5 ∅:∅⟶∅
11 cat1lem.4 . . . . . 6 𝐻 = (Hom ‘𝐶)
122, 3, 11, 1, 1elsetchom 18042 . . . . 5 (𝜑 → (∅ ∈ (∅𝐻∅) ↔ ∅:∅⟶∅))
1310, 12mpbiri 258 . . . 4 (𝜑 → ∅ ∈ (∅𝐻∅))
14 f0 6716 . . . . 5 ∅:∅⟶𝑌
152, 3, 11, 1, 8elsetchom 18042 . . . . 5 (𝜑 → (∅ ∈ (∅𝐻𝑌) ↔ ∅:∅⟶𝑌))
1614, 15mpbiri 258 . . . 4 (𝜑 → ∅ ∈ (∅𝐻𝑌))
17 inelcm 4406 . . . 4 ((∅ ∈ (∅𝐻∅) ∧ ∅ ∈ (∅𝐻𝑌)) → ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅)
1813, 16, 17syl2anc 585 . . 3 (𝜑 → ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅)
19 cat1lem.7 . . . . 5 (𝜑 → ∅ ≠ 𝑌)
2019neneqd 2938 . . . 4 (𝜑 → ¬ ∅ = 𝑌)
2120intnand 488 . . 3 (𝜑 → ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌))
22 oveq1 7368 . . . . . . 7 (𝑧 = ∅ → (𝑧𝐻𝑤) = (∅𝐻𝑤))
2322ineq2d 4161 . . . . . 6 (𝑧 = ∅ → ((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) = ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)))
2423neeq1d 2992 . . . . 5 (𝑧 = ∅ → (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅))
25 eqeq2 2749 . . . . . . 7 (𝑧 = ∅ → (∅ = 𝑧 ↔ ∅ = ∅))
2625anbi1d 632 . . . . . 6 (𝑧 = ∅ → ((∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤) ↔ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤)))
2726notbid 318 . . . . 5 (𝑧 = ∅ → (¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤)))
2824, 27anbi12d 633 . . . 4 (𝑧 = ∅ → ((((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤))))
29 oveq2 7369 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑌 → (∅𝐻𝑤) = (∅𝐻𝑌))
3029ineq2d 4161 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑌 → ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) = ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)))
3130neeq1d 2992 . . . . 5 (𝑤 = 𝑌 → (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅))
32 eqeq2 2749 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑌 → (∅ = 𝑤 ↔ ∅ = 𝑌))
3332anbi2d 631 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑌 → ((∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤) ↔ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌)))
3433notbid 318 . . . . 5 (𝑤 = 𝑌 → (¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌)))
3531, 34anbi12d 633 . . . 4 (𝑤 = 𝑌 → ((((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌))))
3628, 35rspc2ev 3578 . . 3 ((∅ ∈ 𝐵𝑌𝐵 ∧ (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌))) → ∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
377, 9, 18, 21, 36syl112anc 1377 . 2 (𝜑 → ∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
38 oveq1 7368 . . . . . . 7 (𝑥 = ∅ → (𝑥𝐻𝑦) = (∅𝐻𝑦))
3938ineq1d 4160 . . . . . 6 (𝑥 = ∅ → ((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) = ((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)))
4039neeq1d 2992 . . . . 5 (𝑥 = ∅ → (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅))
41 eqeq1 2741 . . . . . . 7 (𝑥 = ∅ → (𝑥 = 𝑧 ↔ ∅ = 𝑧))
4241anbi1d 632 . . . . . 6 (𝑥 = ∅ → ((𝑥 = 𝑧𝑦 = 𝑤) ↔ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤)))
4342notbid 318 . . . . 5 (𝑥 = ∅ → (¬ (𝑥 = 𝑧𝑦 = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤)))
4440, 43anbi12d 633 . . . 4 (𝑥 = ∅ → ((((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧𝑦 = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤))))
45442rexbidv 3203 . . 3 (𝑥 = ∅ → (∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧𝑦 = 𝑤)) ↔ ∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤))))
46 oveq2 7369 . . . . . . 7 (𝑦 = ∅ → (∅𝐻𝑦) = (∅𝐻∅))
4746ineq1d 4160 . . . . . 6 (𝑦 = ∅ → ((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) = ((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)))
4847neeq1d 2992 . . . . 5 (𝑦 = ∅ → (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅))
49 eqeq1 2741 . . . . . . 7 (𝑦 = ∅ → (𝑦 = 𝑤 ↔ ∅ = 𝑤))
5049anbi2d 631 . . . . . 6 (𝑦 = ∅ → ((∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤) ↔ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
5150notbid 318 . . . . 5 (𝑦 = ∅ → (¬ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
5248, 51anbi12d 633 . . . 4 (𝑦 = ∅ → ((((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤))))
53522rexbidv 3203 . . 3 (𝑦 = ∅ → (∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤)) ↔ ∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤))))
5445, 53rspc2ev 3578 . 2 ((∅ ∈ 𝐵 ∧ ∅ ∈ 𝐵 ∧ ∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤))) → ∃𝑥𝐵𝑦𝐵𝑧𝐵𝑤𝐵 (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧𝑦 = 𝑤)))
557, 7, 37, 54syl3anc 1374 1 (𝜑 → ∃𝑥𝐵𝑦𝐵𝑧𝐵𝑤𝐵 (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧𝑦 = 𝑤)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 395   = wceq 1542  wcel 2114  wne 2933  wrex 3062  cin 3889  c0 4274  wf 6489  cfv 6493  (class class class)co 7361  Basecbs 17173  Hom chom 17225  SetCatcsetc 18036
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5213  ax-sep 5232  ax-nul 5242  ax-pow 5303  ax-pr 5371  ax-un 7683  ax-cnex 11088  ax-resscn 11089  ax-1cn 11090  ax-icn 11091  ax-addcl 11092  ax-addrcl 11093  ax-mulcl 11094  ax-mulrcl 11095  ax-mulcom 11096  ax-addass 11097  ax-mulass 11098  ax-distr 11099  ax-i2m1 11100  ax-1ne0 11101  ax-1rid 11102  ax-rnegex 11103  ax-rrecex 11104  ax-cnre 11105  ax-pre-lttri 11106  ax-pre-lttrn 11107  ax-pre-ltadd 11108  ax-pre-mulgt0 11109
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-tp 4573  df-op 4575  df-uni 4852  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5520  df-eprel 5525  df-po 5533  df-so 5534  df-fr 5578  df-we 5580  df-xp 5631  df-rel 5632  df-cnv 5633  df-co 5634  df-dm 5635  df-rn 5636  df-res 5637  df-ima 5638  df-pred 6260  df-ord 6321  df-on 6322  df-lim 6323  df-suc 6324  df-iota 6449  df-fun 6495  df-fn 6496  df-f 6497  df-f1 6498  df-fo 6499  df-f1o 6500  df-fv 6501  df-riota 7318  df-ov 7364  df-oprab 7365  df-mpo 7366  df-om 7812  df-1st 7936  df-2nd 7937  df-frecs 8225  df-wrecs 8256  df-recs 8305  df-rdg 8343  df-1o 8399  df-er 8637  df-map 8769  df-en 8888  df-dom 8889  df-sdom 8890  df-fin 8891  df-pnf 11175  df-mnf 11176  df-xr 11177  df-ltxr 11178  df-le 11179  df-sub 11373  df-neg 11374  df-nn 12169  df-2 12238  df-3 12239  df-4 12240  df-5 12241  df-6 12242  df-7 12243  df-8 12244  df-9 12245  df-n0 12432  df-z 12519  df-dec 12639  df-uz 12783  df-fz 13456  df-struct 17111  df-slot 17146  df-ndx 17158  df-base 17174  df-hom 17238  df-cco 17239  df-setc 18037
This theorem is referenced by:  cat1  18058
  Copyright terms: Public domain W3C validator