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

Theorem cat1lem 18038
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 18039. (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 18020 . . . 4 (𝜑𝑈 = (Base‘𝐶))
5 cat1lem.3 . . . 4 𝐵 = (Base‘𝐶)
64, 5eqtr4di 2782 . . 3 (𝜑𝑈 = 𝐵)
71, 6eleqtrd 2830 . 2 (𝜑 → ∅ ∈ 𝐵)
8 cat1lem.6 . . . 4 (𝜑𝑌𝑈)
98, 6eleqtrd 2830 . . 3 (𝜑𝑌𝐵)
10 f0 6723 . . . . 5 ∅:∅⟶∅
11 cat1lem.4 . . . . . 6 𝐻 = (Hom ‘𝐶)
122, 3, 11, 1, 1elsetchom 18023 . . . . 5 (𝜑 → (∅ ∈ (∅𝐻∅) ↔ ∅:∅⟶∅))
1310, 12mpbiri 258 . . . 4 (𝜑 → ∅ ∈ (∅𝐻∅))
14 f0 6723 . . . . 5 ∅:∅⟶𝑌
152, 3, 11, 1, 8elsetchom 18023 . . . . 5 (𝜑 → (∅ ∈ (∅𝐻𝑌) ↔ ∅:∅⟶𝑌))
1614, 15mpbiri 258 . . . 4 (𝜑 → ∅ ∈ (∅𝐻𝑌))
17 inelcm 4424 . . . 4 ((∅ ∈ (∅𝐻∅) ∧ ∅ ∈ (∅𝐻𝑌)) → ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅)
1813, 16, 17syl2anc 584 . . 3 (𝜑 → ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅)
19 cat1lem.7 . . . . 5 (𝜑 → ∅ ≠ 𝑌)
2019neneqd 2930 . . . 4 (𝜑 → ¬ ∅ = 𝑌)
2120intnand 488 . . 3 (𝜑 → ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌))
22 oveq1 7376 . . . . . . 7 (𝑧 = ∅ → (𝑧𝐻𝑤) = (∅𝐻𝑤))
2322ineq2d 4179 . . . . . 6 (𝑧 = ∅ → ((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) = ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)))
2423neeq1d 2984 . . . . 5 (𝑧 = ∅ → (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅))
25 eqeq2 2741 . . . . . . 7 (𝑧 = ∅ → (∅ = 𝑧 ↔ ∅ = ∅))
2625anbi1d 631 . . . . . 6 (𝑧 = ∅ → ((∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤) ↔ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤)))
2726notbid 318 . . . . 5 (𝑧 = ∅ → (¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤)))
2824, 27anbi12d 632 . . . 4 (𝑧 = ∅ → ((((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤))))
29 oveq2 7377 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑌 → (∅𝐻𝑤) = (∅𝐻𝑌))
3029ineq2d 4179 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑌 → ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) = ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)))
3130neeq1d 2984 . . . . 5 (𝑤 = 𝑌 → (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅))
32 eqeq2 2741 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑌 → (∅ = 𝑤 ↔ ∅ = 𝑌))
3332anbi2d 630 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑌 → ((∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤) ↔ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌)))
3433notbid 318 . . . . 5 (𝑤 = 𝑌 → (¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌)))
3531, 34anbi12d 632 . . . 4 (𝑤 = 𝑌 → ((((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌))))
3628, 35rspc2ev 3598 . . 3 ((∅ ∈ 𝐵𝑌𝐵 ∧ (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌))) → ∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
377, 9, 18, 21, 36syl112anc 1376 . 2 (𝜑 → ∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
38 oveq1 7376 . . . . . . 7 (𝑥 = ∅ → (𝑥𝐻𝑦) = (∅𝐻𝑦))
3938ineq1d 4178 . . . . . 6 (𝑥 = ∅ → ((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) = ((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)))
4039neeq1d 2984 . . . . 5 (𝑥 = ∅ → (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅))
41 eqeq1 2733 . . . . . . 7 (𝑥 = ∅ → (𝑥 = 𝑧 ↔ ∅ = 𝑧))
4241anbi1d 631 . . . . . 6 (𝑥 = ∅ → ((𝑥 = 𝑧𝑦 = 𝑤) ↔ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤)))
4342notbid 318 . . . . 5 (𝑥 = ∅ → (¬ (𝑥 = 𝑧𝑦 = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤)))
4440, 43anbi12d 632 . . . 4 (𝑥 = ∅ → ((((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧𝑦 = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤))))
45442rexbidv 3200 . . 3 (𝑥 = ∅ → (∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧𝑦 = 𝑤)) ↔ ∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤))))
46 oveq2 7377 . . . . . . 7 (𝑦 = ∅ → (∅𝐻𝑦) = (∅𝐻∅))
4746ineq1d 4178 . . . . . 6 (𝑦 = ∅ → ((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) = ((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)))
4847neeq1d 2984 . . . . 5 (𝑦 = ∅ → (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅))
49 eqeq1 2733 . . . . . . 7 (𝑦 = ∅ → (𝑦 = 𝑤 ↔ ∅ = 𝑤))
5049anbi2d 630 . . . . . 6 (𝑦 = ∅ → ((∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤) ↔ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
5150notbid 318 . . . . 5 (𝑦 = ∅ → (¬ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
5248, 51anbi12d 632 . . . 4 (𝑦 = ∅ → ((((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤))))
53522rexbidv 3200 . . 3 (𝑦 = ∅ → (∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧𝑦 = 𝑤)) ↔ ∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤))))
5445, 53rspc2ev 3598 . 2 ((∅ ∈ 𝐵 ∧ ∅ ∈ 𝐵 ∧ ∃𝑧𝐵𝑤𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤))) → ∃𝑥𝐵𝑦𝐵𝑧𝐵𝑤𝐵 (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧𝑦 = 𝑤)))
557, 7, 37, 54syl3anc 1373 1 (𝜑 → ∃𝑥𝐵𝑦𝐵𝑧𝐵𝑤𝐵 (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧𝑦 = 𝑤)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 395   = wceq 1540  wcel 2109  wne 2925  wrex 3053  cin 3910  c0 4292  wf 6495  cfv 6499  (class class class)co 7369  Basecbs 17155  Hom chom 17207  SetCatcsetc 18017
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-rep 5229  ax-sep 5246  ax-nul 5256  ax-pow 5315  ax-pr 5382  ax-un 7691  ax-cnex 11100  ax-resscn 11101  ax-1cn 11102  ax-icn 11103  ax-addcl 11104  ax-addrcl 11105  ax-mulcl 11106  ax-mulrcl 11107  ax-mulcom 11108  ax-addass 11109  ax-mulass 11110  ax-distr 11111  ax-i2m1 11112  ax-1ne0 11113  ax-1rid 11114  ax-rnegex 11115  ax-rrecex 11116  ax-cnre 11117  ax-pre-lttri 11118  ax-pre-lttrn 11119  ax-pre-ltadd 11120  ax-pre-mulgt0 11121
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-reu 3352  df-rab 3403  df-v 3446  df-sbc 3751  df-csb 3860  df-dif 3914  df-un 3916  df-in 3918  df-ss 3928  df-pss 3931  df-nul 4293  df-if 4485  df-pw 4561  df-sn 4586  df-pr 4588  df-tp 4590  df-op 4592  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5103  df-opab 5165  df-mpt 5184  df-tr 5210  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6262  df-ord 6323  df-on 6324  df-lim 6325  df-suc 6326  df-iota 6452  df-fun 6501  df-fn 6502  df-f 6503  df-f1 6504  df-fo 6505  df-f1o 6506  df-fv 6507  df-riota 7326  df-ov 7372  df-oprab 7373  df-mpo 7374  df-om 7823  df-1st 7947  df-2nd 7948  df-frecs 8237  df-wrecs 8268  df-recs 8317  df-rdg 8355  df-1o 8411  df-er 8648  df-map 8778  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-fin 8899  df-pnf 11186  df-mnf 11187  df-xr 11188  df-ltxr 11189  df-le 11190  df-sub 11383  df-neg 11384  df-nn 12163  df-2 12225  df-3 12226  df-4 12227  df-5 12228  df-6 12229  df-7 12230  df-8 12231  df-9 12232  df-n0 12419  df-z 12506  df-dec 12626  df-uz 12770  df-fz 13445  df-struct 17093  df-slot 17128  df-ndx 17140  df-base 17156  df-hom 17220  df-cco 17221  df-setc 18018
This theorem is referenced by:  cat1  18039
  Copyright terms: Public domain W3C validator