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Theorem catsubcat 17785
Description: For any category 𝐢, 𝐢 itself is a (full) subcategory of 𝐢, see example 4.3(1.b) in [Adamek] p. 48. (Contributed by AV, 23-Apr-2020.)
Assertion
Ref Expression
catsubcat (𝐢 ∈ Cat β†’ (Homf β€˜πΆ) ∈ (Subcatβ€˜πΆ))

Proof of Theorem catsubcat
Dummy variables 𝑓 𝑔 π‘₯ 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ssidd 4004 . . 3 (𝐢 ∈ Cat β†’ (Baseβ€˜πΆ) βŠ† (Baseβ€˜πΆ))
2 ssidd 4004 . . . 4 ((𝐢 ∈ Cat ∧ (π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) βŠ† (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦))
32ralrimivva 3201 . . 3 (𝐢 ∈ Cat β†’ βˆ€π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)βˆ€π‘¦ ∈ (Baseβ€˜πΆ)(π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) βŠ† (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦))
4 eqid 2733 . . . . . 6 (Homf β€˜πΆ) = (Homf β€˜πΆ)
5 eqid 2733 . . . . . 6 (Baseβ€˜πΆ) = (Baseβ€˜πΆ)
64, 5homffn 17633 . . . . 5 (Homf β€˜πΆ) Fn ((Baseβ€˜πΆ) Γ— (Baseβ€˜πΆ))
76a1i 11 . . . 4 (𝐢 ∈ Cat β†’ (Homf β€˜πΆ) Fn ((Baseβ€˜πΆ) Γ— (Baseβ€˜πΆ)))
8 fvexd 6903 . . . 4 (𝐢 ∈ Cat β†’ (Baseβ€˜πΆ) ∈ V)
97, 7, 8isssc 17763 . . 3 (𝐢 ∈ Cat β†’ ((Homf β€˜πΆ) βŠ†cat (Homf β€˜πΆ) ↔ ((Baseβ€˜πΆ) βŠ† (Baseβ€˜πΆ) ∧ βˆ€π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)βˆ€π‘¦ ∈ (Baseβ€˜πΆ)(π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) βŠ† (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦))))
101, 3, 9mpbir2and 712 . 2 (𝐢 ∈ Cat β†’ (Homf β€˜πΆ) βŠ†cat (Homf β€˜πΆ))
11 eqid 2733 . . . . . 6 (Hom β€˜πΆ) = (Hom β€˜πΆ)
12 eqid 2733 . . . . . 6 (Idβ€˜πΆ) = (Idβ€˜πΆ)
13 simpl 484 . . . . . 6 ((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) β†’ 𝐢 ∈ Cat)
14 simpr 486 . . . . . 6 ((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) β†’ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ))
155, 11, 12, 13, 14catidcl 17622 . . . . 5 ((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) β†’ ((Idβ€˜πΆ)β€˜π‘₯) ∈ (π‘₯(Hom β€˜πΆ)π‘₯))
164, 5, 11, 14, 14homfval 17632 . . . . 5 ((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) β†’ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)π‘₯) = (π‘₯(Hom β€˜πΆ)π‘₯))
1715, 16eleqtrrd 2837 . . . 4 ((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) β†’ ((Idβ€˜πΆ)β€˜π‘₯) ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)π‘₯))
18 eqid 2733 . . . . . . . 8 (compβ€˜πΆ) = (compβ€˜πΆ)
1913adantr 482 . . . . . . . . 9 (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ 𝐢 ∈ Cat)
2019adantr 482 . . . . . . . 8 ((((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) ∧ (𝑓 ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) ∧ 𝑔 ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧))) β†’ 𝐢 ∈ Cat)
2114adantr 482 . . . . . . . . 9 (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ))
2221adantr 482 . . . . . . . 8 ((((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) ∧ (𝑓 ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) ∧ 𝑔 ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧))) β†’ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ))
23 simpl 484 . . . . . . . . . 10 ((𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ)) β†’ 𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ))
2423adantl 483 . . . . . . . . 9 (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ 𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ))
2524adantr 482 . . . . . . . 8 ((((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) ∧ (𝑓 ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) ∧ 𝑔 ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧))) β†’ 𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ))
26 simpr 486 . . . . . . . . . 10 ((𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ)) β†’ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))
2726adantl 483 . . . . . . . . 9 (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))
2827adantr 482 . . . . . . . 8 ((((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) ∧ (𝑓 ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) ∧ 𝑔 ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧))) β†’ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))
294, 5, 11, 21, 24homfval 17632 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) = (π‘₯(Hom β€˜πΆ)𝑦))
3029eleq2d 2820 . . . . . . . . . . 11 (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ (𝑓 ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) ↔ 𝑓 ∈ (π‘₯(Hom β€˜πΆ)𝑦)))
3130biimpcd 248 . . . . . . . . . 10 (𝑓 ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) β†’ (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ 𝑓 ∈ (π‘₯(Hom β€˜πΆ)𝑦)))
3231adantr 482 . . . . . . . . 9 ((𝑓 ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) ∧ 𝑔 ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧)) β†’ (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ 𝑓 ∈ (π‘₯(Hom β€˜πΆ)𝑦)))
3332impcom 409 . . . . . . . 8 ((((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) ∧ (𝑓 ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) ∧ 𝑔 ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧))) β†’ 𝑓 ∈ (π‘₯(Hom β€˜πΆ)𝑦))
344, 5, 11, 24, 27homfval 17632 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧) = (𝑦(Hom β€˜πΆ)𝑧))
3534eleq2d 2820 . . . . . . . . . . 11 (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ (𝑔 ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧) ↔ 𝑔 ∈ (𝑦(Hom β€˜πΆ)𝑧)))
3635biimpd 228 . . . . . . . . . 10 (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ (𝑔 ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧) β†’ 𝑔 ∈ (𝑦(Hom β€˜πΆ)𝑧)))
3736adantld 492 . . . . . . . . 9 (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ ((𝑓 ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) ∧ 𝑔 ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧)) β†’ 𝑔 ∈ (𝑦(Hom β€˜πΆ)𝑧)))
3837imp 408 . . . . . . . 8 ((((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) ∧ (𝑓 ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) ∧ 𝑔 ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧))) β†’ 𝑔 ∈ (𝑦(Hom β€˜πΆ)𝑧))
395, 11, 18, 20, 22, 25, 28, 33, 38catcocl 17625 . . . . . . 7 ((((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) ∧ (𝑓 ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) ∧ 𝑔 ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧))) β†’ (𝑔(⟨π‘₯, π‘¦βŸ©(compβ€˜πΆ)𝑧)𝑓) ∈ (π‘₯(Hom β€˜πΆ)𝑧))
404, 5, 11, 21, 27homfval 17632 . . . . . . . 8 (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑧) = (π‘₯(Hom β€˜πΆ)𝑧))
4140adantr 482 . . . . . . 7 ((((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) ∧ (𝑓 ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) ∧ 𝑔 ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧))) β†’ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑧) = (π‘₯(Hom β€˜πΆ)𝑧))
4239, 41eleqtrrd 2837 . . . . . 6 ((((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) ∧ (𝑓 ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦) ∧ 𝑔 ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧))) β†’ (𝑔(⟨π‘₯, π‘¦βŸ©(compβ€˜πΆ)𝑧)𝑓) ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑧))
4342ralrimivva 3201 . . . . 5 (((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) ∧ (𝑦 ∈ (Baseβ€˜πΆ) ∧ 𝑧 ∈ (Baseβ€˜πΆ))) β†’ βˆ€π‘“ ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦)βˆ€π‘” ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧)(𝑔(⟨π‘₯, π‘¦βŸ©(compβ€˜πΆ)𝑧)𝑓) ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑧))
4443ralrimivva 3201 . . . 4 ((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) β†’ βˆ€π‘¦ ∈ (Baseβ€˜πΆ)βˆ€π‘§ ∈ (Baseβ€˜πΆ)βˆ€π‘“ ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦)βˆ€π‘” ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧)(𝑔(⟨π‘₯, π‘¦βŸ©(compβ€˜πΆ)𝑧)𝑓) ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑧))
4517, 44jca 513 . . 3 ((𝐢 ∈ Cat ∧ π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)) β†’ (((Idβ€˜πΆ)β€˜π‘₯) ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)π‘₯) ∧ βˆ€π‘¦ ∈ (Baseβ€˜πΆ)βˆ€π‘§ ∈ (Baseβ€˜πΆ)βˆ€π‘“ ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦)βˆ€π‘” ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧)(𝑔(⟨π‘₯, π‘¦βŸ©(compβ€˜πΆ)𝑧)𝑓) ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑧)))
4645ralrimiva 3147 . 2 (𝐢 ∈ Cat β†’ βˆ€π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)(((Idβ€˜πΆ)β€˜π‘₯) ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)π‘₯) ∧ βˆ€π‘¦ ∈ (Baseβ€˜πΆ)βˆ€π‘§ ∈ (Baseβ€˜πΆ)βˆ€π‘“ ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦)βˆ€π‘” ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧)(𝑔(⟨π‘₯, π‘¦βŸ©(compβ€˜πΆ)𝑧)𝑓) ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑧)))
47 id 22 . . 3 (𝐢 ∈ Cat β†’ 𝐢 ∈ Cat)
484, 12, 18, 47, 7issubc2 17782 . 2 (𝐢 ∈ Cat β†’ ((Homf β€˜πΆ) ∈ (Subcatβ€˜πΆ) ↔ ((Homf β€˜πΆ) βŠ†cat (Homf β€˜πΆ) ∧ βˆ€π‘₯ ∈ (Baseβ€˜πΆ)(((Idβ€˜πΆ)β€˜π‘₯) ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)π‘₯) ∧ βˆ€π‘¦ ∈ (Baseβ€˜πΆ)βˆ€π‘§ ∈ (Baseβ€˜πΆ)βˆ€π‘“ ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑦)βˆ€π‘” ∈ (𝑦(Homf β€˜πΆ)𝑧)(𝑔(⟨π‘₯, π‘¦βŸ©(compβ€˜πΆ)𝑧)𝑓) ∈ (π‘₯(Homf β€˜πΆ)𝑧)))))
4910, 46, 48mpbir2and 712 1 (𝐢 ∈ Cat β†’ (Homf β€˜πΆ) ∈ (Subcatβ€˜πΆ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   β†’ wi 4   ∧ wa 397   = wceq 1542   ∈ wcel 2107  βˆ€wral 3062  Vcvv 3475   βŠ† wss 3947  βŸ¨cop 4633   class class class wbr 5147   Γ— cxp 5673   Fn wfn 6535  β€˜cfv 6540  (class class class)co 7404  Basecbs 17140  Hom chom 17204  compcco 17205  Catccat 17604  Idccid 17605  Homf chomf 17606   βŠ†cat cssc 17750  Subcatcsubc 17752
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2704  ax-rep 5284  ax-sep 5298  ax-nul 5305  ax-pow 5362  ax-pr 5426  ax-un 7720
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2711  df-cleq 2725  df-clel 2811  df-nfc 2886  df-ne 2942  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rmo 3377  df-reu 3378  df-rab 3434  df-v 3477  df-sbc 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-nul 4322  df-if 4528  df-pw 4603  df-sn 4628  df-pr 4630  df-op 4634  df-uni 4908  df-iun 4998  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-id 5573  df-xp 5681  df-rel 5682  df-cnv 5683  df-co 5684  df-dm 5685  df-rn 5686  df-res 5687  df-ima 5688  df-iota 6492  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-riota 7360  df-ov 7407  df-oprab 7408  df-mpo 7409  df-1st 7970  df-2nd 7971  df-pm 8819  df-ixp 8888  df-cat 17608  df-cid 17609  df-homf 17610  df-ssc 17753  df-subc 17755
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