Theorem ffthiso 17876

Description: A fully faithful functor reflects isomorphisms. Corollary 3.32 of [Adamek] p. 35. (Contributed by Mario Carneiro, 27-Jan-2017.)

Hypotheses

Ref	Expression
fthmon.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐶)
fthmon.h	⊢ 𝐻 = (Hom ‘𝐶)
fthmon.f	⊢ (𝜑 → 𝐹(𝐶 Faith 𝐷)𝐺)
fthmon.x	⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝐵)
fthmon.y	⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝐵)
fthmon.r	⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ (𝑋𝐻𝑌))
ffthiso.f	⊢ (𝜑 → 𝐹(𝐶 Full 𝐷)𝐺)
ffthiso.s	⊢ 𝐼 = (Iso‘𝐶)
ffthiso.t	⊢ 𝐽 = (Iso‘𝐷)

Assertion

Ref	Expression
ffthiso	⊢ (𝜑 → (𝑅 ∈ (𝑋𝐼𝑌) ↔ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))))

Proof of Theorem ffthiso

Dummy variable 𝑓 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fthmon.b	. . 3 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐶)
2		ffthiso.s	. . 3 ⊢ 𝐼 = (Iso‘𝐶)
3		ffthiso.t	. . 3 ⊢ 𝐽 = (Iso‘𝐷)
4		fthmon.f	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹(𝐶 Faith 𝐷)𝐺)
5		fthfunc 17854	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 Faith 𝐷) ⊆ (𝐶 Func 𝐷)
6	5	ssbri 5192	. . . . 5 ⊢ (𝐹(𝐶 Faith 𝐷)𝐺 → 𝐹(𝐶 Func 𝐷)𝐺)
7	4, 6	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹(𝐶 Func 𝐷)𝐺)
8	7	adantr 482	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑅 ∈ (𝑋𝐼𝑌)) → 𝐹(𝐶 Func 𝐷)𝐺)
9		fthmon.x	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝐵)
10	9	adantr 482	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑅 ∈ (𝑋𝐼𝑌)) → 𝑋 ∈ 𝐵)
11		fthmon.y	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝐵)
12	11	adantr 482	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑅 ∈ (𝑋𝐼𝑌)) → 𝑌 ∈ 𝐵)
13		simpr 486	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑅 ∈ (𝑋𝐼𝑌)) → 𝑅 ∈ (𝑋𝐼𝑌))
14	1, 2, 3, 8, 10, 12, 13	funciso 17820	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑅 ∈ (𝑋𝐼𝑌)) → ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌)))
15		eqid 2733	. . . 4 ⊢ (Inv‘𝐶) = (Inv‘𝐶)
16		df-br 5148	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐹(𝐶 Func 𝐷)𝐺 ↔ ⟨𝐹, 𝐺⟩ ∈ (𝐶 Func 𝐷))
17	7, 16	sylib 217	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ⟨𝐹, 𝐺⟩ ∈ (𝐶 Func 𝐷))
18		funcrcl 17809	. . . . . . 7 ⊢ (⟨𝐹, 𝐺⟩ ∈ (𝐶 Func 𝐷) → (𝐶 ∈ Cat ∧ 𝐷 ∈ Cat))
19	17, 18	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐶 ∈ Cat ∧ 𝐷 ∈ Cat))
20	19	simpld 496	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ Cat)
21	20	ad3antrrr 729	. . . 4 ⊢ ((((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) ∧ 𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋)) ∧ (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓)) → 𝐶 ∈ Cat)
22	9	ad3antrrr 729	. . . 4 ⊢ ((((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) ∧ 𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋)) ∧ (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓)) → 𝑋 ∈ 𝐵)
23	11	ad3antrrr 729	. . . 4 ⊢ ((((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) ∧ 𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋)) ∧ (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓)) → 𝑌 ∈ 𝐵)
24		eqid 2733	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (Base‘𝐷) = (Base‘𝐷)
25		eqid 2733	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (Inv‘𝐷) = (Inv‘𝐷)
26	19	simprd 497	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ Cat)
27	1, 24, 7	funcf1 17812	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐵⟶(Base‘𝐷))
28	27, 9	ffvelcdmd 7083	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘𝑋) ∈ (Base‘𝐷))
29	27, 11	ffvelcdmd 7083	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘𝑌) ∈ (Base‘𝐷))
30	24, 25, 26, 28, 29, 3	isoval 17708	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌)) = dom ((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌)))
31	30	eleq2d 2820	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌)) ↔ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ dom ((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))))
32	31	biimpa 478	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) → ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ dom ((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌)))
33	24, 25, 26, 28, 29	invfun 17707	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → Fun ((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌)))
34	33	adantr 482	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) → Fun ((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌)))
35		funfvbrb 7048	. . . . . . . . 9 ⊢ (Fun ((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌)) → (((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ dom ((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌)) ↔ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))(((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅))))
36	34, 35	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) → (((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ dom ((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌)) ↔ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))(((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅))))
37	32, 36	mpbid 231	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) → ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))(((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)))
38	37	ad2antrr 725	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) ∧ 𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋)) ∧ (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓)) → ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))(((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)))
39		simpr 486	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) ∧ 𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋)) ∧ (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓)) → (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓))
40	38, 39	breqtrd 5173	. . . . 5 ⊢ ((((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) ∧ 𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋)) ∧ (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓)) → ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓))
41		fthmon.h	. . . . . 6 ⊢ 𝐻 = (Hom ‘𝐶)
42	4	ad3antrrr 729	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) ∧ 𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋)) ∧ (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓)) → 𝐹(𝐶 Faith 𝐷)𝐺)
43		fthmon.r	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ (𝑋𝐻𝑌))
44	43	ad3antrrr 729	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) ∧ 𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋)) ∧ (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓)) → 𝑅 ∈ (𝑋𝐻𝑌))
45		simplr 768	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) ∧ 𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋)) ∧ (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓)) → 𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋))
46	1, 41, 42, 22, 23, 44, 45, 15, 25	fthinv 17873	. . . . 5 ⊢ ((((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) ∧ 𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋)) ∧ (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓)) → (𝑅(𝑋(Inv‘𝐶)𝑌)𝑓 ↔ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓)))
47	40, 46	mpbird 257	. . . 4 ⊢ ((((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) ∧ 𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋)) ∧ (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓)) → 𝑅(𝑋(Inv‘𝐶)𝑌)𝑓)
48	1, 15, 21, 22, 23, 2, 47	inviso1 17709	. . 3 ⊢ ((((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) ∧ 𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋)) ∧ (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓)) → 𝑅 ∈ (𝑋𝐼𝑌))
49		eqid 2733	. . . 4 ⊢ (Hom ‘𝐷) = (Hom ‘𝐷)
50		ffthiso.f	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹(𝐶 Full 𝐷)𝐺)
51	50	adantr 482	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) → 𝐹(𝐶 Full 𝐷)𝐺)
52	11	adantr 482	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) → 𝑌 ∈ 𝐵)
53	9	adantr 482	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) → 𝑋 ∈ 𝐵)
54	24, 49, 3, 26, 29, 28	isohom 17719	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((𝐹‘𝑌)𝐽(𝐹‘𝑋)) ⊆ ((𝐹‘𝑌)(Hom ‘𝐷)(𝐹‘𝑋)))
55	54	adantr 482	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) → ((𝐹‘𝑌)𝐽(𝐹‘𝑋)) ⊆ ((𝐹‘𝑌)(Hom ‘𝐷)(𝐹‘𝑋)))
56	24, 25, 26, 28, 29, 3	invf 17711	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌)):((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))⟶((𝐹‘𝑌)𝐽(𝐹‘𝑋)))
57	56	ffvelcdmda 7082	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) → (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) ∈ ((𝐹‘𝑌)𝐽(𝐹‘𝑋)))
58	55, 57	sseldd 3982	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) → (((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) ∈ ((𝐹‘𝑌)(Hom ‘𝐷)(𝐹‘𝑋)))
59	1, 49, 41, 51, 52, 53, 58	fulli 17860	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) → ∃𝑓 ∈ (𝑌𝐻𝑋)(((𝐹‘𝑋)(Inv‘𝐷)(𝐹‘𝑌))‘((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅)) = ((𝑌𝐺𝑋)‘𝑓))
60	48, 59	r19.29a 3163	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))) → 𝑅 ∈ (𝑋𝐼𝑌))
61	14, 60	impbida 800	1 ⊢ (𝜑 → (𝑅 ∈ (𝑋𝐼𝑌) ↔ ((𝑋𝐺𝑌)‘𝑅) ∈ ((𝐹‘𝑋)𝐽(𝐹‘𝑌))))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 397   = wceq 1542   ∈ wcel 2107   ⊆ wss 3947  ⟨cop 4633   class class class wbr 5147  dom cdm 5675  Fun wfun 6534  ‘cfv 6540  (class class class)co 7404  Basecbs 17140  Hom chom 17204  Catccat 17604  Invcinv 17688  Isociso 17689   Func cfunc 17800   Full cful 17849   Faith cfth 17850

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-map 8818  df-ixp 8888  df-cat 17608  df-cid 17609  df-sect 17690  df-inv 17691  df-iso 17692  df-func 17804  df-full 17851  df-fth 17852

This theorem is referenced by: (None)