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

Theorem fuciso 17940
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 17925 . . . . 5 (𝐶 Func 𝐷) = (Base‘𝑄)
3 fuciso.n . . . . . 6 𝑁 = (𝐶 Nat 𝐷)
41, 3fuchom 17926 . . . . 5 𝑁 = (Hom ‘𝑄)
5 fuciso.i . . . . 5 𝐼 = (Iso‘𝑄)
6 fuciso.f . . . . . . . 8 (𝜑𝐹 ∈ (𝐶 Func 𝐷))
7 funcrcl 17825 . . . . . . . 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 17935 . . . . 5 (𝜑𝑄 ∈ Cat)
12 fuciso.g . . . . 5 (𝜑𝐺 ∈ (𝐶 Func 𝐷))
132, 4, 5, 11, 6, 12isohom 17738 . . . 4 (𝜑 → (𝐹𝐼𝐺) ⊆ (𝐹𝑁𝐺))
1413sselda 3946 . . 3 ((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) → 𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺))
15 eqid 2729 . . . . 5 (Base‘𝐷) = (Base‘𝐷)
16 eqid 2729 . . . . 5 (Inv‘𝐷) = (Inv‘𝐷)
1710ad2antrr 726 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) ∧ 𝑥𝐵) → 𝐷 ∈ Cat)
18 fuciso.b . . . . . . . 8 𝐵 = (Base‘𝐶)
19 relfunc 17824 . . . . . . . . 9 Rel (𝐶 Func 𝐷)
20 1st2ndbr 8021 . . . . . . . . 9 ((Rel (𝐶 Func 𝐷) ∧ 𝐹 ∈ (𝐶 Func 𝐷)) → (1st𝐹)(𝐶 Func 𝐷)(2nd𝐹))
2119, 6, 20sylancr 587 . . . . . . . 8 (𝜑 → (1st𝐹)(𝐶 Func 𝐷)(2nd𝐹))
2218, 15, 21funcf1 17828 . . . . . . 7 (𝜑 → (1st𝐹):𝐵⟶(Base‘𝐷))
2322adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) → (1st𝐹):𝐵⟶(Base‘𝐷))
2423ffvelcdmda 7056 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) ∧ 𝑥𝐵) → ((1st𝐹)‘𝑥) ∈ (Base‘𝐷))
25 1st2ndbr 8021 . . . . . . . . 9 ((Rel (𝐶 Func 𝐷) ∧ 𝐺 ∈ (𝐶 Func 𝐷)) → (1st𝐺)(𝐶 Func 𝐷)(2nd𝐺))
2619, 12, 25sylancr 587 . . . . . . . 8 (𝜑 → (1st𝐺)(𝐶 Func 𝐷)(2nd𝐺))
2718, 15, 26funcf1 17828 . . . . . . 7 (𝜑 → (1st𝐺):𝐵⟶(Base‘𝐷))
2827adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) → (1st𝐺):𝐵⟶(Base‘𝐷))
2928ffvelcdmda 7056 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) ∧ 𝑥𝐵) → ((1st𝐺)‘𝑥) ∈ (Base‘𝐷))
30 fuciso.j . . . . 5 𝐽 = (Iso‘𝐷)
31 eqid 2729 . . . . . . . . . . . 12 (Inv‘𝑄) = (Inv‘𝑄)
322, 31, 11, 6, 12, 5isoval 17727 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐹𝐼𝐺) = dom (𝐹(Inv‘𝑄)𝐺))
3332eleq2d 2814 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺) ↔ 𝐴 ∈ dom (𝐹(Inv‘𝑄)𝐺)))
342, 31, 11, 6, 12invfun 17726 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → Fun (𝐹(Inv‘𝑄)𝐺))
35 funfvbrb 7023 . . . . . . . . . . 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 17938 . . . . . . . . 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 1144 . . . . . 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 17728 . . . 4 (((𝜑𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺)) ∧ 𝑥𝐵) → (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))
4544ralrimiva 3125 . . 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 770 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) → 𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺))
5110ad2antrr 726 . . . . 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 7056 . . . . 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 7056 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) ∧ 𝑦𝐵) → ((1st𝐺)‘𝑦) ∈ (Base‘𝐷))
56 simprr 772 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) → ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))
57 fveq2 6858 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (𝐴𝑥) = (𝐴𝑦))
58 fveq2 6858 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑦 → ((1st𝐹)‘𝑥) = ((1st𝐹)‘𝑦))
59 fveq2 6858 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑦 → ((1st𝐺)‘𝑥) = ((1st𝐺)‘𝑦))
6058, 59oveq12d 7405 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)) = (((1st𝐹)‘𝑦)𝐽((1st𝐺)‘𝑦)))
6157, 60eleq12d 2822 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑦 → ((𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)) ↔ (𝐴𝑦) ∈ (((1st𝐹)‘𝑦)𝐽((1st𝐺)‘𝑦))))
6261rspccva 3587 . . . . . 6 ((∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)) ∧ 𝑦𝐵) → (𝐴𝑦) ∈ (((1st𝐹)‘𝑦)𝐽((1st𝐺)‘𝑦)))
6356, 62sylan 580 . . . . 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 17753 . . . 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 17939 . . 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 17728 . 2 ((𝜑 ∧ (𝐴 ∈ (𝐹𝑁𝐺) ∧ ∀𝑥𝐵 (𝐴𝑥) ∈ (((1st𝐹)‘𝑥)𝐽((1st𝐺)‘𝑥)))) → 𝐴 ∈ (𝐹𝐼𝐺))
6746, 66impbida 800 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 1086   = wceq 1540  wcel 2109  wral 3044   class class class wbr 5107  cmpt 5188  dom cdm 5638  Rel wrel 5643  Fun wfun 6505  wf 6507  cfv 6511  (class class class)co 7387  1st c1st 7966  2nd c2nd 7967  Basecbs 17179  Catccat 17625  Invcinv 17707  Isociso 17708   Func cfunc 17816   Nat cnat 17906   FuncCat cfuc 17907
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-rep 5234  ax-sep 5251  ax-nul 5261  ax-pow 5320  ax-pr 5387  ax-un 7711  ax-cnex 11124  ax-resscn 11125  ax-1cn 11126  ax-icn 11127  ax-addcl 11128  ax-addrcl 11129  ax-mulcl 11130  ax-mulrcl 11131  ax-mulcom 11132  ax-addass 11133  ax-mulass 11134  ax-distr 11135  ax-i2m1 11136  ax-1ne0 11137  ax-1rid 11138  ax-rnegex 11139  ax-rrecex 11140  ax-cnre 11141  ax-pre-lttri 11142  ax-pre-lttrn 11143  ax-pre-ltadd 11144  ax-pre-mulgt0 11145
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rmo 3354  df-reu 3355  df-rab 3406  df-v 3449  df-sbc 3754  df-csb 3863  df-dif 3917  df-un 3919  df-in 3921  df-ss 3931  df-pss 3934  df-nul 4297  df-if 4489  df-pw 4565  df-sn 4590  df-pr 4592  df-tp 4594  df-op 4596  df-uni 4872  df-iun 4957  df-br 5108  df-opab 5170  df-mpt 5189  df-tr 5215  df-id 5533  df-eprel 5538  df-po 5546  df-so 5547  df-fr 5591  df-we 5593  df-xp 5644  df-rel 5645  df-cnv 5646  df-co 5647  df-dm 5648  df-rn 5649  df-res 5650  df-ima 5651  df-pred 6274  df-ord 6335  df-on 6336  df-lim 6337  df-suc 6338  df-iota 6464  df-fun 6513  df-fn 6514  df-f 6515  df-f1 6516  df-fo 6517  df-f1o 6518  df-fv 6519  df-riota 7344  df-ov 7390  df-oprab 7391  df-mpo 7392  df-om 7843  df-1st 7968  df-2nd 7969  df-frecs 8260  df-wrecs 8291  df-recs 8340  df-rdg 8378  df-1o 8434  df-er 8671  df-map 8801  df-ixp 8871  df-en 8919  df-dom 8920  df-sdom 8921  df-fin 8922  df-pnf 11210  df-mnf 11211  df-xr 11212  df-ltxr 11213  df-le 11214  df-sub 11407  df-neg 11408  df-nn 12187  df-2 12249  df-3 12250  df-4 12251  df-5 12252  df-6 12253  df-7 12254  df-8 12255  df-9 12256  df-n0 12443  df-z 12530  df-dec 12650  df-uz 12794  df-fz 13469  df-struct 17117  df-slot 17152  df-ndx 17164  df-base 17180  df-hom 17244  df-cco 17245  df-cat 17629  df-cid 17630  df-sect 17709  df-inv 17710  df-iso 17711  df-func 17820  df-nat 17908  df-fuc 17909
This theorem is referenced by:  yonffthlem  18243
  Copyright terms: Public domain W3C validator