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

Theorem fuciso 17906
Description: A natural transformation is an isomorphism of functors iff all its components are isomorphisms. (Contributed by Mario Carneiro, 28-Jan-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
fuciso.q 𝑄 = (𝐶 FuncCat 𝐷)
fuciso.b 𝐵 = (Base‘𝐶)
fuciso.n 𝑁 = (𝐶 Nat 𝐷)
fuciso.f (𝜑𝐹 ∈ (𝐶 Func 𝐷))
fuciso.g (𝜑𝐺 ∈ (𝐶 Func 𝐷))
fuciso.i 𝐼 = (Iso‘𝑄)
fuciso.j 𝐽 = (Iso‘𝐷)
Assertion
Ref Expression
fuciso (𝜑 → (𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺) ↔ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐴   𝑥,𝐵   𝑥,𝐶   𝑥,𝐷   𝑥,𝐼   𝑥,𝐹   𝑥,𝐺   𝑥,𝐽   𝑥,𝑁   𝜑,𝑥   𝑥,𝑄

Proof of Theorem fuciso
Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fuciso.q . . . . . 6 𝑄 = (𝐶 FuncCat 𝐷)
21fucbas 17891 . . . . 5 (𝐶 Func 𝐷) = (Base‘𝑄)
3 fuciso.n . . . . . 6 𝑁 = (𝐶 Nat 𝐷)
41, 3fuchom 17892 . . . . 5 𝑁 = (Hom ‘𝑄)
5 fuciso.i . . . . 5 𝐼 = (Iso‘𝑄)
6 fuciso.f . . . . . . . 8 (𝜑𝐹 ∈ (𝐶 Func 𝐷))
7 funcrcl 17791 . . . . . . . 8 (𝐹 ∈ (𝐶 Func 𝐷) → (𝐶 ∈ Cat ∧ 𝐷 ∈ Cat))
86, 7syl 17 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐶 ∈ Cat ∧ 𝐷 ∈ Cat))
98simpld 494 . . . . . 6 (𝜑𝐶 ∈ Cat)
108simprd 495 . . . . . 6 (𝜑𝐷 ∈ Cat)
111, 9, 10fuccat 17901 . . . . 5 (𝜑𝑄 ∈ Cat)
12 fuciso.g . . . . 5 (𝜑𝐺 ∈ (𝐶 Func 𝐷))
132, 4, 5, 11, 6, 12isohom 17704 . . . 4 (𝜑 → (𝐹𝐼𝐺) ⊆ (𝐹𝑁𝐺))
1413sselda 3934 . . 3 ((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) → 𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺))
15 eqid 2737 . . . . 5 (Base‘𝐷) = (Base‘𝐷)
16 eqid 2737 . . . . 5 (Inv‘𝐷) = (Inv‘𝐷)
1710ad2antrr 727 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) ∧ 𝑥𝐵) → 𝐷 ∈ Cat)
18 fuciso.b . . . . . . . 8 𝐵 = (Base‘𝐶)
19 relfunc 17790 . . . . . . . . 9 Rel (𝐶 Func 𝐷)
20 1st2ndbr 7988 . . . . . . . . 9 ((Rel (𝐶 Func 𝐷) ∧ 𝐹 ∈ (𝐶 Func 𝐷)) → (1st𝐹)(𝐶 Func 𝐷)(2nd𝐹))
2119, 6, 20sylancr 588 . . . . . . . 8 (𝜑 → (1st𝐹)(𝐶 Func 𝐷)(2nd𝐹))
2218, 15, 21funcf1 17794 . . . . . . 7 (𝜑 → (1st𝐹):𝐵⟶(Base‘𝐷))
2322adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) → (1st𝐹):𝐵⟶(Base‘𝐷))
2423ffvelcdmda 7031 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) ∧ 𝑥𝐵) → ((1st𝐹)‘𝑥) ∈ (Base‘𝐷))
25 1st2ndbr 7988 . . . . . . . . 9 ((Rel (𝐶 Func 𝐷) ∧ 𝐺 ∈ (𝐶 Func 𝐷)) → (1st𝐺)(𝐶 Func 𝐷)(2nd𝐺))
2619, 12, 25sylancr 588 . . . . . . . 8 (𝜑 → (1st𝐺)(𝐶 Func 𝐷)(2nd𝐺))
2718, 15, 26funcf1 17794 . . . . . . 7 (𝜑 → (1st𝐺):𝐵⟶(Base‘𝐷))
2827adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) → (1st𝐺):𝐵⟶(Base‘𝐷))
2928ffvelcdmda 7031 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) ∧ 𝑥𝐵) → ((1st𝐺)‘𝑥) ∈ (Base‘𝐷))
30 fuciso.j . . . . 5 𝐽 = (Iso‘𝐷)
31 eqid 2737 . . . . . . . . . . . 12 (Inv‘𝑄) = (Inv‘𝑄)
322, 31, 11, 6, 12, 5isoval 17693 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐹𝐼𝐺) = dom (𝐹(Inv‘𝑄)𝐺))
3332eleq2d 2823 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺) ↔ 𝐴 ∈ dom (𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)))
342, 31, 11, 6, 12invfun 17692 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → Fun (𝐹(Inv‘𝑄)𝐺))
35 funfvbrb 6998 . . . . . . . . . . 11 (Fun (𝐹(Inv‘𝑄)𝐺) → (𝐴 ∈ dom (𝐹(Inv‘𝑄)𝐺) ↔ 𝐴(𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴)))
3634, 35syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐴 ∈ dom (𝐹(Inv‘𝑄)𝐺) ↔ 𝐴(𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴)))
3733, 36bitrd 279 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺) ↔ 𝐴(𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴)))
3837biimpa 476 . . . . . . . 8 ((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) → 𝐴(𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴))
391, 18, 3, 6, 12, 31, 16fucinv 17904 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐴(𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴) ↔ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴) ∈ (𝐺𝑁𝐹) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥)(((1st𝐹)‘𝑥)(Inv‘𝐷)((1st𝐺)‘𝑥))(((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴)‘𝑥))))
4039adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) → (𝐴(𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴) ↔ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴) ∈ (𝐺𝑁𝐹) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥)(((1st𝐹)‘𝑥)(Inv‘𝐷)((1st𝐺)‘𝑥))(((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴)‘𝑥))))
4138, 40mpbid 232 . . . . . . 7 ((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) → (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴) ∈ (𝐺𝑁𝐹) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥)(((1st𝐹)‘𝑥)(Inv‘𝐷)((1st𝐺)‘𝑥))(((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴)‘𝑥)))
4241simp3d 1145 . . . . . 6 ((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) → ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥)(((1st𝐹)‘𝑥)(Inv‘𝐷)((1st𝐺)‘𝑥))(((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴)‘𝑥))
4342r19.21bi 3229 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) ∧ 𝑥𝐵) → (𝐴𝑥)(((1st𝐹)‘𝑥)(Inv‘𝐷)((1st𝐺)‘𝑥))(((𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)‘𝐴)‘𝑥))
4415, 16, 17, 24, 29, 30, 43inviso1 17694 . . . 4 (((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) ∧ 𝑥𝐵) → (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))
4544ralrimiva 3129 . . 3 ((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) → ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))
4614, 45jca 511 . 2 ((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) → (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥))))
4711adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) → 𝑄 ∈ Cat)
486adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) → 𝐹 ∈ (𝐶 Func 𝐷))
4912adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) → 𝐺 ∈ (𝐶 Func 𝐷))
50 simprl 771 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) → 𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺))
5110ad2antrr 727 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) ∧ 𝑦𝐵) → 𝐷 ∈ Cat)
5222adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) → (1st𝐹):𝐵⟶(Base‘𝐷))
5352ffvelcdmda 7031 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) ∧ 𝑦𝐵) → ((1st𝐹)‘𝑦) ∈ (Base‘𝐷))
5427adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) → (1st𝐺):𝐵⟶(Base‘𝐷))
5554ffvelcdmda 7031 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) ∧ 𝑦𝐵) → ((1st𝐺)‘𝑦) ∈ (Base‘𝐷))
56 simprr 773 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) → ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))
57 fveq2 6835 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (𝐴𝑥) = (𝐴𝑦))
58 fveq2 6835 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑦 → ((1st𝐹)‘𝑥) = ((1st𝐹)‘𝑦))
59 fveq2 6835 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑦 → ((1st𝐺)‘𝑥) = ((1st𝐺)‘𝑦))
6058, 59oveq12d 7378 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)) = (((1st𝐹)‘𝑦)𝐽((1st𝐺)‘𝑦)))
6157, 60eleq12d 2831 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑦 → ((𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)) ↔ (𝐴𝑦) ∈ (((1st𝐹)‘𝑦)𝐽((1st𝐺)‘𝑦))))
6261rspccva 3576 . . . . . 6 ((∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)) ∧ 𝑦𝐵) → (𝐴𝑦) ∈ (((1st𝐹)‘𝑦)𝐽((1st𝐺)‘𝑦)))
6356, 62sylan 581 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) ∧ 𝑦𝐵) → (𝐴𝑦) ∈ (((1st𝐹)‘𝑦)𝐽((1st𝐺)‘𝑦)))
6415, 30, 16, 51, 53, 55, 63invisoinvr 17719 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) ∧ 𝑦𝐵) → (𝐴𝑦)(((1st𝐹)‘𝑦)(Inv‘𝐷)((1st𝐺)‘𝑦))((((1st𝐹)‘𝑦)(Inv‘𝐷)((1st𝐺)‘𝑦))‘(𝐴𝑦)))
651, 18, 3, 48, 49, 31, 16, 50, 64invfuc 17905 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) → 𝐴(𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)(𝑦𝐵 ↦ ((((1st𝐹)‘𝑦)(Inv‘𝐷)((1st𝐺)‘𝑦))‘(𝐴𝑦))))
662, 31, 47, 48, 49, 5, 65inviso1 17694 . 2 ((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) → 𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺))
6746, 66impbida 801 1 (𝜑 → (𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺) ↔ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  w3a 1087   = wceq 1542  wcel 2114  wral 3052   class class class wbr 5099  cmpt 5180  dom cdm 5625  Rel wrel 5630  Fun wfun 6487  wf 6489  cfv 6493  (class class class)co 7360  1st c1st 7933  2nd c2nd 7934  Basecbs 17140  Catccat 17591  Invcinv 17673  Isociso 17674   Func cfunc 17782   Nat cnat 17872   FuncCat cfuc 17873
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 5225  ax-sep 5242  ax-nul 5252  ax-pow 5311  ax-pr 5378  ax-un 7682  ax-cnex 11086  ax-resscn 11087  ax-1cn 11088  ax-icn 11089  ax-addcl 11090  ax-addrcl 11091  ax-mulcl 11092  ax-mulrcl 11093  ax-mulcom 11094  ax-addass 11095  ax-mulass 11096  ax-distr 11097  ax-i2m1 11098  ax-1ne0 11099  ax-1rid 11100  ax-rnegex 11101  ax-rrecex 11102  ax-cnre 11103  ax-pre-lttri 11104  ax-pre-lttrn 11105  ax-pre-ltadd 11106  ax-pre-mulgt0 11107
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 3062  df-rmo 3351  df-reu 3352  df-rab 3401  df-v 3443  df-sbc 3742  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4287  df-if 4481  df-pw 4557  df-sn 4582  df-pr 4584  df-tp 4586  df-op 4588  df-uni 4865  df-iun 4949  df-br 5100  df-opab 5162  df-mpt 5181  df-tr 5207  df-id 5520  df-eprel 5525  df-po 5533  df-so 5534  df-fr 5578  df-we 5580  df-xp 5631  df-rel 5632  df-cnv 5633  df-co 5634  df-dm 5635  df-rn 5636  df-res 5637  df-ima 5638  df-pred 6260  df-ord 6321  df-on 6322  df-lim 6323  df-suc 6324  df-iota 6449  df-fun 6495  df-fn 6496  df-f 6497  df-f1 6498  df-fo 6499  df-f1o 6500  df-fv 6501  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-om 7811  df-1st 7935  df-2nd 7936  df-frecs 8225  df-wrecs 8256  df-recs 8305  df-rdg 8343  df-1o 8399  df-er 8637  df-map 8769  df-ixp 8840  df-en 8888  df-dom 8889  df-sdom 8890  df-fin 8891  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-nn 12150  df-2 12212  df-3 12213  df-4 12214  df-5 12215  df-6 12216  df-7 12217  df-8 12218  df-9 12219  df-n0 12406  df-z 12493  df-dec 12612  df-uz 12756  df-fz 13428  df-struct 17078  df-slot 17113  df-ndx 17125  df-base 17141  df-hom 17205  df-cco 17206  df-cat 17595  df-cid 17596  df-sect 17675  df-inv 17676  df-iso 17677  df-func 17786  df-nat 17874  df-fuc 17875
This theorem is referenced by:  yonffthlem  18209
  Copyright terms: Public domain W3C validator