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Theorem catciso

Description: A functor is an isomorphism of categories if and only if it is full and faithful, and is a bijection on the objects. Remark 3.28(2) in Adamek p. 34. (Contributed by Mario Carneiro, 29-Jan-2017)

Ref Expression
Hypotheses catciso.c C = CatCat U
catciso.b B = Base C
catciso.r R = Base X
catciso.s S = Base Y
catciso.u φ U V
catciso.x φ X B
catciso.y φ Y B
catciso.i I = Iso C
Assertion catciso φ F X I Y F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 catciso.c C = CatCat U
2 catciso.b B = Base C
3 catciso.r R = Base X
4 catciso.s S = Base Y
5 catciso.u φ U V
6 catciso.x φ X B
7 catciso.y φ Y B
8 catciso.i I = Iso C
9 relfunc Rel X Func Y
10 eqid Inv C = Inv C
11 1 catccat U V C Cat
12 5 11 syl φ C Cat
13 2 10 12 6 7 8 isoval φ X I Y = dom X Inv C Y
14 13 eleq2d φ F X I Y F dom X Inv C Y
15 14 biimpa φ F X I Y F dom X Inv C Y
16 12 adantr φ F X I Y C Cat
17 6 adantr φ F X I Y X B
18 7 adantr φ F X I Y Y B
19 2 10 16 17 18 invfun φ F X I Y Fun X Inv C Y
20 funfvbrb Fun X Inv C Y F dom X Inv C Y F X Inv C Y X Inv C Y F
21 19 20 syl φ F X I Y F dom X Inv C Y F X Inv C Y X Inv C Y F
22 15 21 mpbid φ F X I Y F X Inv C Y X Inv C Y F
23 eqid Sect C = Sect C
24 2 10 16 17 18 23 isinv φ F X I Y F X Inv C Y X Inv C Y F F X Sect C Y X Inv C Y F X Inv C Y F Y Sect C X F
25 22 24 mpbid φ F X I Y F X Sect C Y X Inv C Y F X Inv C Y F Y Sect C X F
26 25 simpld φ F X I Y F X Sect C Y X Inv C Y F
27 eqid Hom C = Hom C
28 eqid comp C = comp C
29 eqid Id C = Id C
30 2 27 28 29 23 16 17 18 issect φ F X I Y F X Sect C Y X Inv C Y F F X Hom C Y X Inv C Y F Y Hom C X X Inv C Y F X Y comp C X F = Id C X
31 26 30 mpbid φ F X I Y F X Hom C Y X Inv C Y F Y Hom C X X Inv C Y F X Y comp C X F = Id C X
32 31 simp1d φ F X I Y F X Hom C Y
33 1 2 5 27 6 7 catchom φ X Hom C Y = X Func Y
34 33 adantr φ F X I Y X Hom C Y = X Func Y
35 32 34 eleqtrd φ F X I Y F X Func Y
36 1st2nd Rel X Func Y F X Func Y F = 1 st F 2 nd F
37 9 35 36 sylancr φ F X I Y F = 1 st F 2 nd F
38 1st2ndbr Rel X Func Y F X Func Y 1 st F X Func Y 2 nd F
39 9 35 38 sylancr φ F X I Y 1 st F X Func Y 2 nd F
40 eqid Hom X = Hom X
41 eqid Hom Y = Hom Y
42 39 adantr φ F X I Y x R y R 1 st F X Func Y 2 nd F
43 simprl φ F X I Y x R y R x R
44 simprr φ F X I Y x R y R y R
45 3 40 41 42 43 44 funcf2 φ F X I Y x R y R x 2 nd F y : x Hom X y 1 st F x Hom Y 1 st F y
46 relfunc Rel Y Func X
47 31 simp2d φ F X I Y X Inv C Y F Y Hom C X
48 1 2 5 27 7 6 catchom φ Y Hom C X = Y Func X
49 48 adantr φ F X I Y Y Hom C X = Y Func X
50 47 49 eleqtrd φ F X I Y X Inv C Y F Y Func X
51 1st2ndbr Rel Y Func X X Inv C Y F Y Func X 1 st X Inv C Y F Y Func X 2 nd X Inv C Y F
52 46 50 51 sylancr φ F X I Y 1 st X Inv C Y F Y Func X 2 nd X Inv C Y F
53 52 adantr φ F X I Y x R y R 1 st X Inv C Y F Y Func X 2 nd X Inv C Y F
54 3 4 42 funcf1 φ F X I Y x R y R 1 st F : R S
55 54 43 ffvelrnd φ F X I Y x R y R 1 st F x S
56 54 44 ffvelrnd φ F X I Y x R y R 1 st F y S
57 4 41 40 53 55 56 funcf2 φ F X I Y x R y R 1 st F x 2 nd X Inv C Y F 1 st F y : 1 st F x Hom Y 1 st F y 1 st X Inv C Y F 1 st F x Hom X 1 st X Inv C Y F 1 st F y
58 31 simp3d φ F X I Y X Inv C Y F X Y comp C X F = Id C X
59 5 adantr φ F X I Y U V
60 1 2 59 28 17 18 17 35 50 catcco φ F X I Y X Inv C Y F X Y comp C X F = X Inv C Y F func F
61 eqid id func X = id func X
62 1 2 29 61 5 6 catcid φ Id C X = id func X
63 62 adantr φ F X I Y Id C X = id func X
64 58 60 63 3eqtr3d φ F X I Y X Inv C Y F func F = id func X
65 64 adantr φ F X I Y x R y R X Inv C Y F func F = id func X
66 65 fveq2d φ F X I Y x R y R 1 st X Inv C Y F func F = 1 st id func X
67 66 fveq1d φ F X I Y x R y R 1 st X Inv C Y F func F x = 1 st id func X x
68 35 adantr φ F X I Y x R y R F X Func Y
69 50 adantr φ F X I Y x R y R X Inv C Y F Y Func X
70 3 68 69 43 cofu1 φ F X I Y x R y R 1 st X Inv C Y F func F x = 1 st X Inv C Y F 1 st F x
71 1 2 5 catcbas φ B = U Cat
72 inss2 U Cat Cat
73 71 72 eqsstrdi φ B Cat
74 73 6 sseldd φ X Cat
75 74 ad2antrr φ F X I Y x R y R X Cat
76 61 3 75 43 idfu1 φ F X I Y x R y R 1 st id func X x = x
77 67 70 76 3eqtr3d φ F X I Y x R y R 1 st X Inv C Y F 1 st F x = x
78 66 fveq1d φ F X I Y x R y R 1 st X Inv C Y F func F y = 1 st id func X y
79 3 68 69 44 cofu1 φ F X I Y x R y R 1 st X Inv C Y F func F y = 1 st X Inv C Y F 1 st F y
80 61 3 75 44 idfu1 φ F X I Y x R y R 1 st id func X y = y
81 78 79 80 3eqtr3d φ F X I Y x R y R 1 st X Inv C Y F 1 st F y = y
82 77 81 oveq12d φ F X I Y x R y R 1 st X Inv C Y F 1 st F x Hom X 1 st X Inv C Y F 1 st F y = x Hom X y
83 82 feq3d φ F X I Y x R y R 1 st F x 2 nd X Inv C Y F 1 st F y : 1 st F x Hom Y 1 st F y 1 st X Inv C Y F 1 st F x Hom X 1 st X Inv C Y F 1 st F y 1 st F x 2 nd X Inv C Y F 1 st F y : 1 st F x Hom Y 1 st F y x Hom X y
84 57 83 mpbid φ F X I Y x R y R 1 st F x 2 nd X Inv C Y F 1 st F y : 1 st F x Hom Y 1 st F y x Hom X y
85 65 fveq2d φ F X I Y x R y R 2 nd X Inv C Y F func F = 2 nd id func X
86 85 oveqd φ F X I Y x R y R x 2 nd X Inv C Y F func F y = x 2 nd id func X y
87 3 68 69 43 44 cofu2nd φ F X I Y x R y R x 2 nd X Inv C Y F func F y = 1 st F x 2 nd X Inv C Y F 1 st F y x 2 nd F y
88 61 3 75 40 43 44 idfu2nd φ F X I Y x R y R x 2 nd id func X y = I x Hom X y
89 86 87 88 3eqtr3d φ F X I Y x R y R 1 st F x 2 nd X Inv C Y F 1 st F y x 2 nd F y = I x Hom X y
90 25 simprd φ F X I Y X Inv C Y F Y Sect C X F
91 2 27 28 29 23 16 18 17 issect φ F X I Y X Inv C Y F Y Sect C X F X Inv C Y F Y Hom C X F X Hom C Y F Y X comp C Y X Inv C Y F = Id C Y
92 90 91 mpbid φ F X I Y X Inv C Y F Y Hom C X F X Hom C Y F Y X comp C Y X Inv C Y F = Id C Y
93 92 simp3d φ F X I Y F Y X comp C Y X Inv C Y F = Id C Y
94 1 2 59 28 18 17 18 50 35 catcco φ F X I Y F Y X comp C Y X Inv C Y F = F func X Inv C Y F
95 eqid id func Y = id func Y
96 1 2 29 95 5 7 catcid φ Id C Y = id func Y
97 96 adantr φ F X I Y Id C Y = id func Y
98 93 94 97 3eqtr3d φ F X I Y F func X Inv C Y F = id func Y
99 98 adantr φ F X I Y x R y R F func X Inv C Y F = id func Y
100 99 fveq2d φ F X I Y x R y R 2 nd F func X Inv C Y F = 2 nd id func Y
101 100 oveqd φ F X I Y x R y R 1 st F x 2 nd F func X Inv C Y F 1 st F y = 1 st F x 2 nd id func Y 1 st F y
102 4 69 68 55 56 cofu2nd φ F X I Y x R y R 1 st F x 2 nd F func X Inv C Y F 1 st F y = 1 st X Inv C Y F 1 st F x 2 nd F 1 st X Inv C Y F 1 st F y 1 st F x 2 nd X Inv C Y F 1 st F y
103 77 81 oveq12d φ F X I Y x R y R 1 st X Inv C Y F 1 st F x 2 nd F 1 st X Inv C Y F 1 st F y = x 2 nd F y
104 103 coeq1d φ F X I Y x R y R 1 st X Inv C Y F 1 st F x 2 nd F 1 st X Inv C Y F 1 st F y 1 st F x 2 nd X Inv C Y F 1 st F y = x 2 nd F y 1 st F x 2 nd X Inv C Y F 1 st F y
105 102 104 eqtrd φ F X I Y x R y R 1 st F x 2 nd F func X Inv C Y F 1 st F y = x 2 nd F y 1 st F x 2 nd X Inv C Y F 1 st F y
106 73 ad2antrr φ F X I Y x R y R B Cat
107 7 ad2antrr φ F X I Y x R y R Y B
108 106 107 sseldd φ F X I Y x R y R Y Cat
109 95 4 108 41 55 56 idfu2nd φ F X I Y x R y R 1 st F x 2 nd id func Y 1 st F y = I 1 st F x Hom Y 1 st F y
110 101 105 109 3eqtr3d φ F X I Y x R y R x 2 nd F y 1 st F x 2 nd X Inv C Y F 1 st F y = I 1 st F x Hom Y 1 st F y
111 45 84 89 110 fcof1od φ F X I Y x R y R x 2 nd F y : x Hom X y 1-1 onto 1 st F x Hom Y 1 st F y
112 111 ralrimivva φ F X I Y x R y R x 2 nd F y : x Hom X y 1-1 onto 1 st F x Hom Y 1 st F y
113 3 40 41 isffth2 1 st F X Full Y X Faith Y 2 nd F 1 st F X Func Y 2 nd F x R y R x 2 nd F y : x Hom X y 1-1 onto 1 st F x Hom Y 1 st F y
114 39 112 113 sylanbrc φ F X I Y 1 st F X Full Y X Faith Y 2 nd F
115 df-br 1 st F X Full Y X Faith Y 2 nd F 1 st F 2 nd F X Full Y X Faith Y
116 114 115 sylib φ F X I Y 1 st F 2 nd F X Full Y X Faith Y
117 37 116 eqeltrd φ F X I Y F X Full Y X Faith Y
118 3 4 39 funcf1 φ F X I Y 1 st F : R S
119 4 3 52 funcf1 φ F X I Y 1 st X Inv C Y F : S R
120 64 fveq2d φ F X I Y 1 st X Inv C Y F func F = 1 st id func X
121 3 35 50 cofu1st φ F X I Y 1 st X Inv C Y F func F = 1 st X Inv C Y F 1 st F
122 74 adantr φ F X I Y X Cat
123 61 3 122 idfu1st φ F X I Y 1 st id func X = I R
124 120 121 123 3eqtr3d φ F X I Y 1 st X Inv C Y F 1 st F = I R
125 98 fveq2d φ F X I Y 1 st F func X Inv C Y F = 1 st id func Y
126 4 50 35 cofu1st φ F X I Y 1 st F func X Inv C Y F = 1 st F 1 st X Inv C Y F
127 73 7 sseldd φ Y Cat
128 127 adantr φ F X I Y Y Cat
129 95 4 128 idfu1st φ F X I Y 1 st id func Y = I S
130 125 126 129 3eqtr3d φ F X I Y 1 st F 1 st X Inv C Y F = I S
131 118 119 124 130 fcof1od φ F X I Y 1 st F : R 1-1 onto S
132 117 131 jca φ F X I Y F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S
133 12 adantr φ F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S C Cat
134 6 adantr φ F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S X B
135 7 adantr φ F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S Y B
136 inss1 X Full Y X Faith Y X Full Y
137 fullfunc X Full Y X Func Y
138 136 137 sstri X Full Y X Faith Y X Func Y
139 simprl φ F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S F X Full Y X Faith Y
140 138 139 sseldi φ F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S F X Func Y
141 9 140 36 sylancr φ F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S F = 1 st F 2 nd F
142 5 adantr φ F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S U V
143 eqid x S , y S 1 st F -1 x 2 nd F 1 st F -1 y -1 = x S , y S 1 st F -1 x 2 nd F 1 st F -1 y -1
144 141 139 eqeltrrd φ F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S 1 st F 2 nd F X Full Y X Faith Y
145 144 115 sylibr φ F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S 1 st F X Full Y X Faith Y 2 nd F
146 simprr φ F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S 1 st F : R 1-1 onto S
147 1 2 3 4 142 134 135 10 143 145 146 catcisolem φ F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S 1 st F 2 nd F X Inv C Y 1 st F -1 x S , y S 1 st F -1 x 2 nd F 1 st F -1 y -1
148 141 147 eqbrtrd φ F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S F X Inv C Y 1 st F -1 x S , y S 1 st F -1 x 2 nd F 1 st F -1 y -1
149 2 10 133 134 135 8 148 inviso1 φ F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S F X I Y
150 132 149 impbida φ F X I Y F X Full Y X Faith Y 1 st F : R 1-1 onto S