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

Theorem cat1lem 18032
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 18033. (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 18014 . . . 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 6723 . . . . 5 ∅:∅⟶∅
11 cat1lem.4 . . . . . 6 𝐻 = (Hom ‘𝐶)
122, 3, 11, 1, 1elsetchom 18017 . . . . 5 (𝜑 → (∅ ∈ (∅𝐻∅) ↔ ∅:∅⟶∅))
1310, 12mpbiri 258 . . . 4 (𝜑 → ∅ ∈ (∅𝐻∅))
14 f0 6723 . . . . 5 ∅:∅⟶𝑌
152, 3, 11, 1, 8elsetchom 18017 . . . . 5 (𝜑 → (∅ ∈ (∅𝐻𝑌) ↔ ∅:∅⟶𝑌))
1614, 15mpbiri 258 . . . 4 (𝜑 → ∅ ∈ (∅𝐻𝑌))
17 inelcm 4419 . . . 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 7375 . . . . . . 7 (𝑧 = ∅ → (𝑧𝐻𝑤) = (∅𝐻𝑤))
2322ineq2d 4174 . . . . . 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 7376 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑌 → (∅𝐻𝑤) = (∅𝐻𝑌))
3029ineq2d 4174 . . . . . 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 3591 . . 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 7375 . . . . . . 7 (𝑥 = ∅ → (𝑥𝐻𝑦) = (∅𝐻𝑦))
3938ineq1d 4173 . . . . . 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 7376 . . . . . . 7 (𝑦 = ∅ → (∅𝐻𝑦) = (∅𝐻∅))
4746ineq1d 4173 . . . . . 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 3591 . 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 3902  c0 4287  wf 6496  cfv 6500  (class class class)co 7368  Basecbs 17148  Hom chom 17200  SetCatcsetc 18011
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 5226  ax-sep 5243  ax-nul 5253  ax-pow 5312  ax-pr 5379  ax-un 7690  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115
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 3353  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-tp 4587  df-op 4589  df-uni 4866  df-iun 4950  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5527  df-eprel 5532  df-po 5540  df-so 5541  df-fr 5585  df-we 5587  df-xp 5638  df-rel 5639  df-cnv 5640  df-co 5641  df-dm 5642  df-rn 5643  df-res 5644  df-ima 5645  df-pred 6267  df-ord 6328  df-on 6329  df-lim 6330  df-suc 6331  df-iota 6456  df-fun 6502  df-fn 6503  df-f 6504  df-f1 6505  df-fo 6506  df-f1o 6507  df-fv 6508  df-riota 7325  df-ov 7371  df-oprab 7372  df-mpo 7373  df-om 7819  df-1st 7943  df-2nd 7944  df-frecs 8233  df-wrecs 8264  df-recs 8313  df-rdg 8351  df-1o 8407  df-er 8645  df-map 8777  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-fin 8899  df-pnf 11180  df-mnf 11181  df-xr 11182  df-ltxr 11183  df-le 11184  df-sub 11378  df-neg 11379  df-nn 12158  df-2 12220  df-3 12221  df-4 12222  df-5 12223  df-6 12224  df-7 12225  df-8 12226  df-9 12227  df-n0 12414  df-z 12501  df-dec 12620  df-uz 12764  df-fz 13436  df-struct 17086  df-slot 17121  df-ndx 17133  df-base 17149  df-hom 17213  df-cco 17214  df-setc 18012
This theorem is referenced by:  cat1  18033
  Copyright terms: Public domain W3C validator