Theorem cat1lem 18185

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 18186. (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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cat1lem.5	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∅ ∈ 𝑈)
2		cat1lem.1	. . . . 5 ⊢ 𝐶 = (SetCat‘𝑈)
3		cat1lem.2	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ 𝑉)
4	2, 3	setcbas 18167	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑈 = (Base‘𝐶))
5		cat1lem.3	. . . 4 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐶)
6	4, 5	eqtr4di 2813	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑈 = 𝐵)
7	1, 6	eleqtrd 2862	. 2 ⊢ (𝜑 → ∅ ∈ 𝐵)
8		cat1lem.6	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑈)
9	8, 6	eleqtrd 2862	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝐵)
10		f0 6756	. . . . 5 ⊢ ∅:∅⟶∅
11		cat1lem.4	. . . . . 6 ⊢ 𝐻 = (Hom ‘𝐶)
12	2, 3, 11, 1, 1	elsetchom 18170	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (∅ ∈ (∅𝐻∅) ↔ ∅:∅⟶∅))
13	10, 12	mpbiri 261	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∅ ∈ (∅𝐻∅))
14		f0 6756	. . . . 5 ⊢ ∅:∅⟶𝑌
15	2, 3, 11, 1, 8	elsetchom 18170	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (∅ ∈ (∅𝐻𝑌) ↔ ∅:∅⟶𝑌))
16	14, 15	mpbiri 261	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∅ ∈ (∅𝐻𝑌))
17		inelcm 4418	. . . 4 ⊢ ((∅ ∈ (∅𝐻∅) ∧ ∅ ∈ (∅𝐻𝑌)) → ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅)
18	13, 16, 17	syl2anc 596	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅)
19		cat1lem.7	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∅ ≠ 𝑌)
20	19	neneqd 2960	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ¬ ∅ = 𝑌)
21	20	intnand 494	. . 3 ⊢ (𝜑 → ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌))
22		oveq1 7420	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = ∅ → (𝑧𝐻𝑤) = (∅𝐻𝑤))
23	22	ineq2d 4166	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = ∅ → ((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) = ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)))
24	23	neeq1d 3014	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = ∅ → (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅))
25		eqeq2 2772	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = ∅ → (∅ = 𝑧 ↔ ∅ = ∅))
26	25	anbi1d 643	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = ∅ → ((∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤) ↔ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤)))
27	26	notbid 321	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = ∅ → (¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤)))
28	24, 27	anbi12d 644	. . . 4 ⊢ (𝑧 = ∅ → ((((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤))))
29		oveq2 7421	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 = 𝑌 → (∅𝐻𝑤) = (∅𝐻𝑌))
30	29	ineq2d 4166	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 = 𝑌 → ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) = ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)))
31	30	neeq1d 3014	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = 𝑌 → (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅))
32		eqeq2 2772	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 = 𝑌 → (∅ = 𝑤 ↔ ∅ = 𝑌))
33	32	anbi2d 642	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 = 𝑌 → ((∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤) ↔ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌)))
34	33	notbid 321	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = 𝑌 → (¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌)))
35	31, 34	anbi12d 644	. . . 4 ⊢ (𝑤 = 𝑌 → ((((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌))))
36	28, 35	rspc2ev 3589	. . 3 ⊢ ((∅ ∈ 𝐵 ∧ 𝑌 ∈ 𝐵 ∧ (((∅𝐻∅) ∩ (∅𝐻𝑌)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = ∅ ∧ ∅ = 𝑌))) → ∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
37	7, 9, 18, 21, 36	syl112anc 1401	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
38		oveq1 7420	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = ∅ → (𝑥𝐻𝑦) = (∅𝐻𝑦))
39	38	ineq1d 4165	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = ∅ → ((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) = ((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)))
40	39	neeq1d 3014	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = ∅ → (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅))
41		eqeq1 2764	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = ∅ → (𝑥 = 𝑧 ↔ ∅ = 𝑧))
42	41	anbi1d 643	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = ∅ → ((𝑥 = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤) ↔ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)))
43	42	notbid 321	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = ∅ → (¬ (𝑥 = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)))
44	40, 43	anbi12d 644	. . . 4 ⊢ (𝑥 = ∅ → ((((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤))))
45	44	2rexbidv 3227	. . 3 ⊢ (𝑥 = ∅ → (∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)) ↔ ∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤))))
46		oveq2 7421	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = ∅ → (∅𝐻𝑦) = (∅𝐻∅))
47	46	ineq1d 4165	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 = ∅ → ((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) = ((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)))
48	47	neeq1d 3014	. . . . 5 ⊢ (𝑦 = ∅ → (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ↔ ((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅))
49		eqeq1 2764	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = ∅ → (𝑦 = 𝑤 ↔ ∅ = 𝑤))
50	49	anbi2d 642	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 = ∅ → ((∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤) ↔ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
51	50	notbid 321	. . . . 5 ⊢ (𝑦 = ∅ → (¬ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤) ↔ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤)))
52	48, 51	anbi12d 644	. . . 4 ⊢ (𝑦 = ∅ → ((((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)) ↔ (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤))))
53	52	2rexbidv 3227	. . 3 ⊢ (𝑦 = ∅ → (∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((∅𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)) ↔ ∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((∅𝐻∅) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (∅ = 𝑧 ∧ ∅ = 𝑤))))
54	45, 53	rspc2ev 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)))
55	7, 7, 37, 54	syl3anc 1398	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑧 ∈ 𝐵 ∃𝑤 ∈ 𝐵 (((𝑥𝐻𝑦) ∩ (𝑧𝐻𝑤)) ≠ ∅ ∧ ¬ (𝑥 = 𝑧 ∧ 𝑦 = 𝑤)))

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2955  ∃wrex 3086   ∩ cin 3898  ∅c0 4279  ⟶wf 6529  ‘cfv 6533  (class class class)co 7413  Basecbs 17301  Hom chom 17353  SetCatcsetc 18164

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 2732  ax-rep 5232  ax-sep 5251  ax-nul 5263  ax-pow 5330  ax-pr 5398  ax-un 7736  ax-cnex 11180  ax-resscn 11181  ax-1cn 11182  ax-icn 11183  ax-addcl 11184  ax-addrcl 11185  ax-mulcl 11186  ax-mulrcl 11187  ax-mulcom 11188  ax-addass 11189  ax-mulass 11190  ax-distr 11191  ax-i2m1 11192  ax-1ne0 11193  ax-1rid 11194  ax-rnegex 11195  ax-rrecex 11196  ax-cnre 11197  ax-pre-lttri 11198  ax-pre-lttrn 11199  ax-pre-ltadd 11200  ax-pre-mulgt0 11201

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 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  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 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6299  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6489  df-fun 6535  df-fn 6536  df-f 6537  df-f1 6538  df-fo 6539  df-f1o 6540  df-fv 6541  df-riota 7370  df-ov 7416  df-oprab 7417  df-mpo 7418  df-om 7863  df-1st 7986  df-2nd 7987  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-1o 8455  df-er 8696  df-map 8828  df-en 8953  df-dom 8954  df-sdom 8955  df-fin 8956  df-pnf 11269  df-mnf 11270  df-xr 11271  df-ltxr 11272  df-le 11273  df-sub 11467  df-neg 11468  df-nn 12258  df-2 12327  df-3 12328  df-4 12329  df-5 12330  df-6 12331  df-7 12332  df-8 12333  df-9 12334  df-n0 12529  df-z 12616  df-dec 12737  df-uz 12888  df-fz 13562  df-struct 17239  df-slot 17274  df-ndx 17286  df-base 17302  df-hom 17366  df-cco 17367  df-setc 18165

This theorem is used by:  cat1  18186