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

Theorem cat1lem 18271
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 18272. (Contributed by Zhi Wang, 15-Sep-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
cat1lem.1 𝐶 = (SetCat‘𝑈)
cat1lem.2 (𝜑 → 𝑈 ∈ 𝑉)
cat1lem.3 𝐵 = (Base‘𝐶)
cat1lem.4 𝐻 = (Hom ‘𝐶)
cat1lem.5 (𝜑 → ∅ ∈ 𝑈)
cat1lem.6 (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑈)
cat1lem.7 (𝜑 → ∅ ≠ 𝑌)
Assertion
Ref Expression
cat1lem (𝜑 → ∃𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧 ∧ 𝑦 = 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 (𝜑 → 𝑈 ∈ 𝑉)
42, 3setcbas 18253 . . . 4 (𝜑 → 𝑈 = (Base‘𝐶))
5 cat1lem.3 . . . 4 𝐵 = (Base‘𝐶)
64, 5eqtr4di 2814 . . 3 (𝜑 → 𝑈 = 𝐵)
71, 6eleqtrd 2863 . 2 (𝜑 → ∅ ∈ 𝐵)
8 cat1lem.6 . . . 4 (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑈)
98, 6eleqtrd 2863 . . 3 (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝐵)
10 f0 6763 . . . . 5 ∅:∅⟶∅
11 cat1lem.4 . . . . . 6 𝐻 = (Hom ‘𝐶)
122, 3, 11, 1, 1elsetchom 18256 . . . . 5 (𝜑 → (∅ ∈ (∅𝐻∅) ↔ ∅:∅⟶∅))
1310, 12mpbiri 261 . . . 4 (𝜑 → ∅ ∈ (∅𝐻∅))
14 f0 6763 . . . . 5 ∅:∅⟶𝑌
152, 3, 11, 1, 8elsetchom 18256 . . . . 5 (𝜑 → (∅ ∈ (∅𝐻𝑌) ↔ ∅:∅⟶𝑌))
1614, 15mpbiri 261 . . . 4 (𝜑 → ∅ ∈ (∅𝐻𝑌))
17 inelcm 4418 . . . 4 ((∅ ∈ (∅𝐻∅) ∧ ∅ ∈ (∅𝐻𝑌)) → ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅)
1813, 16, 17syl2anc 596 . . 3 (𝜑 → ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅)
19 cat1lem.7 . . . . 5 (𝜑 → ∅ ≠ 𝑌)
2019neneqd 2961 . . . 4 (𝜑 → ¬ ∅ = 𝑌)
2120intnand 494 . . 3 (𝜑 → ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌))
22 oveq1 7427 . . . . . . 7 (𝑧 = ∅ → (𝑧𝐻𝑤) = (∅𝐻𝑤))
2322ineq2d 4166 . . . . . 6 (𝑧 = ∅ → ((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) = ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)))
2423neeq1d 3015 . . . . 5 (𝑧 = ∅ → (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅))
25 eqeq2 2773 . . . . . . 7 (𝑧 = ∅ → (∅ = 𝑧 ↔ ∅ = ∅))
2625anbi1d 643 . . . . . 6 (𝑧 = ∅ → ((∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤) ↔ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤)))
2726notbid 321 . . . . 5 (𝑧 = ∅ → (¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤)))
2824, 27anbi12d 644 . . . 4 (𝑧 = ∅ → ((((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤))))
29 oveq2 7428 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑌 → (∅𝐻𝑤) = (∅𝐻𝑌))
3029ineq2d 4166 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑌 → ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) = ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)))
3130neeq1d 3015 . . . . 5 (𝑤 = 𝑌 → (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅))
32 eqeq2 2773 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑌 → (∅ = 𝑤 ↔ ∅ = 𝑌))
3332anbi2d 642 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑌 → ((∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤) ↔ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌)))
3433notbid 321 . . . . 5 (𝑤 = 𝑌 → (¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌)))
3531, 34anbi12d 644 . . . 4 (𝑤 = 𝑌 → ((((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌))))
3628, 35rspc2ev 3589 . . 3 ((∅ ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝐵 ∧ (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌))) → ∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
377, 9, 18, 21, 36syl112anc 1401 . 2 (𝜑 → ∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
38 oveq1 7427 . . . . . . 7 (𝑥 = ∅ → (𝑥𝐻𝑦) = (∅𝐻𝑦))
3938ineq1d 4165 . . . . . 6 (𝑥 = ∅ → ((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) = ((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)))
4039neeq1d 3015 . . . . 5 (𝑥 = ∅ → (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅))
41 eqeq1 2765 . . . . . . 7 (𝑥 = ∅ → (𝑥 = 𝑧 ↔ ∅ = 𝑧))
4241anbi1d 643 . . . . . 6 (𝑥 = ∅ → ((𝑥 = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤) ↔ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)))
4342notbid 321 . . . . 5 (𝑥 = ∅ → (¬ (𝑥 = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)))
4440, 43anbi12d 644 . . . 4 (𝑥 = ∅ → ((((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤))))
45442rexbidv 3228 . . 3 (𝑥 = ∅ → (∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)) ↔ ∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤))))
46 oveq2 7428 . . . . . . 7 (𝑦 = ∅ → (∅𝐻𝑦) = (∅𝐻∅))
4746ineq1d 4165 . . . . . 6 (𝑦 = ∅ → ((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) = ((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)))
4847neeq1d 3015 . . . . 5 (𝑦 = ∅ → (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅))
49 eqeq1 2765 . . . . . . 7 (𝑦 = ∅ → (𝑦 = 𝑤 ↔ ∅ = 𝑤))
5049anbi2d 642 . . . . . 6 (𝑦 = ∅ → ((∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤) ↔ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
5150notbid 321 . . . . 5 (𝑦 = ∅ → (¬ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
5248, 51anbi12d 644 . . . 4 (𝑦 = ∅ → ((((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤))))
53522rexbidv 3228 . . 3 (𝑦 = ∅ → (∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)) ↔ ∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤))))
5445, 53rspc2ev 3589 . 2 ((∅ ∈ 𝐵 ∧ ∅ ∈ 𝐵 ∧ ∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤))) → ∃𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)))
557, 7, 37, 54syl3anc 1398 1 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2956  ∃wrex 3087   ∩ cin 3898  ∅c0 4279  ⟶wf 6534  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  Basecbs 17387  Hom chom 17439  SetCatcsetc 18250
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7751  ax-cnex 11256  ax-resscn 11257  ax-1cn 11258  ax-icn 11259  ax-addcl 11260  ax-addrcl 11261  ax-mulcl 11262  ax-mulrcl 11263  ax-mulcom 11264  ax-addass 11265  ax-mulass 11266  ax-distr 11267  ax-i2m1 11268  ax-1ne0 11269  ax-1rid 11270  ax-rnegex 11271  ax-rrecex 11272  ax-cnre 11273  ax-pre-lttri 11274  ax-pre-lttrn 11275  ax-pre-ltadd 11276  ax-pre-mulgt0 11277
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-tp 4589  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-frecs 8299  df-wrecs 8330  df-recs 8379  df-rdg 8418  df-1o 8476  df-er 8717  df-map 8849  df-en 8974  df-dom 8975  df-sdom 8976  df-fin 8977  df-pnf 11345  df-mnf 11346  df-xr 11347  df-ltxr 11348  df-le 11349  df-sub 11543  df-neg 11544  df-nn 12336  df-2 12405  df-3 12406  df-4 12407  df-5 12408  df-6 12409  df-7 12410  df-8 12411  df-9 12412  df-n0 12607  df-z 12694  df-dec 12815  df-uz 12966  df-fz 13640  df-struct 17325  df-slot 17360  df-ndx 17372  df-base 17388  df-hom 17452  df-cco 17453  df-setc 18251
This theorem is used by:  cat1  18272
  Copyright terms: Public domain W3C validator