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Theorem iinfsubc

Description: Indexed intersection of subcategories is a subcategory. (Contributed by Zhi Wang, 31-Oct-2025)

Ref Expression
Hypotheses iinfsubc.1
|- ( ph -> A =/= (/) )
iinfsubc.2
|- ( ( ph /\ x e. A ) -> H e. ( Subcat ` C ) )
iinfsubc.3
|- ( ph -> K = ( y e. |^|_ x e. A dom H |-> |^|_ x e. A ( H ` y ) ) )
Assertion iinfsubc
|- ( ph -> K e. ( Subcat ` C ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 iinfsubc.1
 |-  ( ph -> A =/= (/) )
2 iinfsubc.2
 |-  ( ( ph /\ x e. A ) -> H e. ( Subcat ` C ) )
3 iinfsubc.3
 |-  ( ph -> K = ( y e. |^|_ x e. A dom H |-> |^|_ x e. A ( H ` y ) ) )
4 eqid
 |-  ( Homf ` C ) = ( Homf ` C )
5 2 4 subcssc
 |-  ( ( ph /\ x e. A ) -> H C_cat ( Homf ` C ) )
6 1 5 3 iinfssc
 |-  ( ph -> K C_cat ( Homf ` C ) )
7 2 adantr
 |-  ( ( ( ph /\ x e. A ) /\ a e. dom dom H ) -> H e. ( Subcat ` C ) )
8 eqidd
 |-  ( ( ph /\ x e. A ) -> dom dom H = dom dom H )
9 2 8 subcfn
 |-  ( ( ph /\ x e. A ) -> H Fn ( dom dom H X. dom dom H ) )
10 9 adantr
 |-  ( ( ( ph /\ x e. A ) /\ a e. dom dom H ) -> H Fn ( dom dom H X. dom dom H ) )
11 simpr
 |-  ( ( ( ph /\ x e. A ) /\ a e. dom dom H ) -> a e. dom dom H )
12 eqid
 |-  ( Id ` C ) = ( Id ` C )
13 7 10 11 12 subcidcl
 |-  ( ( ( ph /\ x e. A ) /\ a e. dom dom H ) -> ( ( Id ` C ) ` a ) e. ( a H a ) )
14 13 ex
 |-  ( ( ph /\ x e. A ) -> ( a e. dom dom H -> ( ( Id ` C ) ` a ) e. ( a H a ) ) )
15 14 ralimdva
 |-  ( ph -> ( A. x e. A a e. dom dom H -> A. x e. A ( ( Id ` C ) ` a ) e. ( a H a ) ) )
16 eliin
 |-  ( a e. _V -> ( a e. |^|_ x e. A dom dom H <-> A. x e. A a e. dom dom H ) )
17 16 elv
 |-  ( a e. |^|_ x e. A dom dom H <-> A. x e. A a e. dom dom H )
18 fvex
 |-  ( ( Id ` C ) ` a ) e. _V
19 eliin
 |-  ( ( ( Id ` C ) ` a ) e. _V -> ( ( ( Id ` C ) ` a ) e. |^|_ x e. A ( a H a ) <-> A. x e. A ( ( Id ` C ) ` a ) e. ( a H a ) ) )
20 18 19 ax-mp
 |-  ( ( ( Id ` C ) ` a ) e. |^|_ x e. A ( a H a ) <-> A. x e. A ( ( Id ` C ) ` a ) e. ( a H a ) )
21 15 17 20 3imtr4g
 |-  ( ph -> ( a e. |^|_ x e. A dom dom H -> ( ( Id ` C ) ` a ) e. |^|_ x e. A ( a H a ) ) )
22 21 imp
 |-  ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) -> ( ( Id ` C ) ` a ) e. |^|_ x e. A ( a H a ) )
23 1 adantr
 |-  ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) -> A =/= (/) )
24 5 adantlr
 |-  ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ x e. A ) -> H C_cat ( Homf ` C ) )
25 3 adantr
 |-  ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) -> K = ( y e. |^|_ x e. A dom H |-> |^|_ x e. A ( H ` y ) ) )
26 eqidd
 |-  ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ x e. A ) -> dom dom H = dom dom H )
27 nfv
 |-  F/ x ph
28 nfii1
 |-  F/_ x |^|_ x e. A dom dom H
29 28 nfcri
 |-  F/ x a e. |^|_ x e. A dom dom H
30 27 29 nfan
 |-  F/ x ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H )
31 simpr
 |-  ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) -> a e. |^|_ x e. A dom dom H )
32 23 24 25 26 30 31 31 iinfssclem3
 |-  ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) -> ( a K a ) = |^|_ x e. A ( a H a ) )
33 22 32 eleqtrrd
 |-  ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) -> ( ( Id ` C ) ` a ) e. ( a K a ) )
34 simprl
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. ( a K b ) /\ g e. ( b K c ) ) ) -> f e. ( a K b ) )
35 1 ad2antrr
 |-  ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) -> A =/= (/) )
36 24 adantlr
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ x e. A ) -> H C_cat ( Homf ` C ) )
37 3 ad2antrr
 |-  ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) -> K = ( y e. |^|_ x e. A dom H |-> |^|_ x e. A ( H ` y ) ) )
38 eqidd
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ x e. A ) -> dom dom H = dom dom H )
39 28 nfcri
 |-  F/ x b e. |^|_ x e. A dom dom H
40 28 nfcri
 |-  F/ x c e. |^|_ x e. A dom dom H
41 39 40 nfan
 |-  F/ x ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H )
42 30 41 nfan
 |-  F/ x ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) )
43 31 adantr
 |-  ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) -> a e. |^|_ x e. A dom dom H )
44 simprl
 |-  ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) -> b e. |^|_ x e. A dom dom H )
45 35 36 37 38 42 43 44 iinfssclem3
 |-  ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) -> ( a K b ) = |^|_ x e. A ( a H b ) )
46 45 adantr
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. ( a K b ) /\ g e. ( b K c ) ) ) -> ( a K b ) = |^|_ x e. A ( a H b ) )
47 34 46 eleqtrd
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. ( a K b ) /\ g e. ( b K c ) ) ) -> f e. |^|_ x e. A ( a H b ) )
48 simprr
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. ( a K b ) /\ g e. ( b K c ) ) ) -> g e. ( b K c ) )
49 simprr
 |-  ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) -> c e. |^|_ x e. A dom dom H )
50 35 36 37 38 42 44 49 iinfssclem3
 |-  ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) -> ( b K c ) = |^|_ x e. A ( b H c ) )
51 50 adantr
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. ( a K b ) /\ g e. ( b K c ) ) ) -> ( b K c ) = |^|_ x e. A ( b H c ) )
52 48 51 eleqtrd
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. ( a K b ) /\ g e. ( b K c ) ) ) -> g e. |^|_ x e. A ( b H c ) )
53 47 52 jca
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. ( a K b ) /\ g e. ( b K c ) ) ) -> ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) )
54 nfii1
 |-  F/_ x |^|_ x e. A ( a H b )
55 54 nfcri
 |-  F/ x f e. |^|_ x e. A ( a H b )
56 nfii1
 |-  F/_ x |^|_ x e. A ( b H c )
57 56 nfcri
 |-  F/ x g e. |^|_ x e. A ( b H c )
58 55 57 nfan
 |-  F/ x ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) )
59 42 58 nfan
 |-  F/ x ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) )
60 2 ad5ant15
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> H e. ( Subcat ` C ) )
61 9 ad5ant15
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> H Fn ( dom dom H X. dom dom H ) )
62 iinss2
 |-  ( x e. A -> |^|_ x e. A dom dom H C_ dom dom H )
63 62 adantl
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> |^|_ x e. A dom dom H C_ dom dom H )
64 43 ad2antrr
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> a e. |^|_ x e. A dom dom H )
65 63 64 sseldd
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> a e. dom dom H )
66 eqid
 |-  ( comp ` C ) = ( comp ` C )
67 44 ad2antrr
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> b e. |^|_ x e. A dom dom H )
68 63 67 sseldd
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> b e. dom dom H )
69 49 ad2antrr
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> c e. |^|_ x e. A dom dom H )
70 63 69 sseldd
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> c e. dom dom H )
71 iinss2
 |-  ( x e. A -> |^|_ x e. A ( a H b ) C_ ( a H b ) )
72 71 adantl
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> |^|_ x e. A ( a H b ) C_ ( a H b ) )
73 simplrl
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> f e. |^|_ x e. A ( a H b ) )
74 72 73 sseldd
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> f e. ( a H b ) )
75 iinss2
 |-  ( x e. A -> |^|_ x e. A ( b H c ) C_ ( b H c ) )
76 75 adantl
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> |^|_ x e. A ( b H c ) C_ ( b H c ) )
77 simplrr
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> g e. |^|_ x e. A ( b H c ) )
78 76 77 sseldd
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> g e. ( b H c ) )
79 60 61 65 66 68 70 74 78 subccocl
 |-  ( ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) /\ x e. A ) -> ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. ( a H c ) )
80 59 79 ralrimia
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) -> A. x e. A ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. ( a H c ) )
81 ovex
 |-  ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. _V
82 eliin
 |-  ( ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. _V -> ( ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. |^|_ x e. A ( a H c ) <-> A. x e. A ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. ( a H c ) ) )
83 81 82 ax-mp
 |-  ( ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. |^|_ x e. A ( a H c ) <-> A. x e. A ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. ( a H c ) )
84 80 83 sylibr
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. |^|_ x e. A ( a H b ) /\ g e. |^|_ x e. A ( b H c ) ) ) -> ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. |^|_ x e. A ( a H c ) )
85 53 84 syldan
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. ( a K b ) /\ g e. ( b K c ) ) ) -> ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. |^|_ x e. A ( a H c ) )
86 35 36 37 38 42 43 49 iinfssclem3
 |-  ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) -> ( a K c ) = |^|_ x e. A ( a H c ) )
87 86 adantr
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. ( a K b ) /\ g e. ( b K c ) ) ) -> ( a K c ) = |^|_ x e. A ( a H c ) )
88 85 87 eleqtrrd
 |-  ( ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) /\ ( f e. ( a K b ) /\ g e. ( b K c ) ) ) -> ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. ( a K c ) )
89 88 ralrimivva
 |-  ( ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) /\ ( b e. |^|_ x e. A dom dom H /\ c e. |^|_ x e. A dom dom H ) ) -> A. f e. ( a K b ) A. g e. ( b K c ) ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. ( a K c ) )
90 89 ralrimivva
 |-  ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) -> A. b e. |^|_ x e. A dom dom H A. c e. |^|_ x e. A dom dom H A. f e. ( a K b ) A. g e. ( b K c ) ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. ( a K c ) )
91 33 90 jca
 |-  ( ( ph /\ a e. |^|_ x e. A dom dom H ) -> ( ( ( Id ` C ) ` a ) e. ( a K a ) /\ A. b e. |^|_ x e. A dom dom H A. c e. |^|_ x e. A dom dom H A. f e. ( a K b ) A. g e. ( b K c ) ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. ( a K c ) ) )
92 91 ralrimiva
 |-  ( ph -> A. a e. |^|_ x e. A dom dom H ( ( ( Id ` C ) ` a ) e. ( a K a ) /\ A. b e. |^|_ x e. A dom dom H A. c e. |^|_ x e. A dom dom H A. f e. ( a K b ) A. g e. ( b K c ) ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. ( a K c ) ) )
93 n0
 |-  ( A =/= (/) <-> E. x x e. A )
94 1 93 sylib
 |-  ( ph -> E. x x e. A )
95 subcrcl
 |-  ( H e. ( Subcat ` C ) -> C e. Cat )
96 2 95 syl
 |-  ( ( ph /\ x e. A ) -> C e. Cat )
97 94 96 exlimddv
 |-  ( ph -> C e. Cat )
98 1 5 3 8 27 iinfssclem2
 |-  ( ph -> K Fn ( |^|_ x e. A dom dom H X. |^|_ x e. A dom dom H ) )
99 4 12 66 97 98 issubc2
 |-  ( ph -> ( K e. ( Subcat ` C ) <-> ( K C_cat ( Homf ` C ) /\ A. a e. |^|_ x e. A dom dom H ( ( ( Id ` C ) ` a ) e. ( a K a ) /\ A. b e. |^|_ x e. A dom dom H A. c e. |^|_ x e. A dom dom H A. f e. ( a K b ) A. g e. ( b K c ) ( g ( <. a , b >. ( comp ` C ) c ) f ) e. ( a K c ) ) ) ) )
100 6 92 99 mpbir2and
 |-  ( ph -> K e. ( Subcat ` C ) )