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Theorem catcocl

Description: Closure of a composition arrow. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Jan-2017)

Ref Expression
Hypotheses catcocl.b ⊢ B = Base C
catcocl.h ⊢ H = Hom ⁡ C
catcocl.o ⊢ · ˙ = comp ⁡ C
catcocl.c ⊢ φ → C ∈ Cat
catcocl.x ⊢ φ → X ∈ B
catcocl.y ⊢ φ → Y ∈ B
catcocl.z ⊢ φ → Z ∈ B
catcocl.f ⊢ φ → F ∈ X H Y
catcocl.g ⊢ φ → G ∈ Y H Z
Assertion catcocl ⊢ φ → G X Y · ˙ Z F ∈ X H Z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 catcocl.b ⊢ B = Base C
2 catcocl.h ⊢ H = Hom ⁡ C
3 catcocl.o ⊢ · ˙ = comp ⁡ C
4 catcocl.c ⊢ φ → C ∈ Cat
5 catcocl.x ⊢ φ → X ∈ B
6 catcocl.y ⊢ φ → Y ∈ B
7 catcocl.z ⊢ φ → Z ∈ B
8 catcocl.f ⊢ φ → F ∈ X H Y
9 catcocl.g ⊢ φ → G ∈ Y H Z
10 1 2 3 iscat ⊢ C ∈ Cat → C ∈ Cat ↔ ∀ x ∈ B ∃ g ∈ x H x ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ∧ ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ v ∈ z H w v y z · ˙ w g x y · ˙ w f = v x z · ˙ w g x y · ˙ z f
11 10 ibi ⊢ C ∈ Cat → ∀ x ∈ B ∃ g ∈ x H x ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ∧ ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ v ∈ z H w v y z · ˙ w g x y · ˙ w f = v x z · ˙ w g x y · ˙ z f
12 simpl ⊢ g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ v ∈ z H w v y z · ˙ w g x y · ˙ w f = v x z · ˙ w g x y · ˙ z f → g x y · ˙ z f ∈ x H z
13 12 2ralimi ⊢ ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ v ∈ z H w v y z · ˙ w g x y · ˙ w f = v x z · ˙ w g x y · ˙ z f → ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z
14 13 2ralimi ⊢ ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ v ∈ z H w v y z · ˙ w g x y · ˙ w f = v x z · ˙ w g x y · ˙ z f → ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z
15 14 adantl ⊢ ∃ g ∈ x H x ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ∧ ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ v ∈ z H w v y z · ˙ w g x y · ˙ w f = v x z · ˙ w g x y · ˙ z f → ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z
16 15 ralimi ⊢ ∀ x ∈ B ∃ g ∈ x H x ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ∧ ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ v ∈ z H w v y z · ˙ w g x y · ˙ w f = v x z · ˙ w g x y · ˙ z f → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z
17 4 11 16 3syl ⊢ φ → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z
18 6 adantr ⊢ φ ∧ x = X → Y ∈ B
19 7 ad2antrr ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y → Z ∈ B
20 8 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z → F ∈ X H Y
21 simpllr ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z → x = X
22 simplr ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z → y = Y
23 21 22 oveq12d ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z → x H y = X H Y
24 20 23 eleqtrrd ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z → F ∈ x H y
25 9 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z → G ∈ Y H Z
26 simpr ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z → z = Z
27 22 26 oveq12d ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z → y H z = Y H Z
28 25 27 eleqtrrd ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z → G ∈ y H z
29 28 adantr ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z ∧ f = F → G ∈ y H z
30 simp-5r ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z ∧ f = F ∧ g = G → x = X
31 simp-4r ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z ∧ f = F ∧ g = G → y = Y
32 30 31 opeq12d ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z ∧ f = F ∧ g = G → x y = X Y
33 simpllr ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z ∧ f = F ∧ g = G → z = Z
34 32 33 oveq12d ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z ∧ f = F ∧ g = G → x y · ˙ z = X Y · ˙ Z
35 simpr ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z ∧ f = F ∧ g = G → g = G
36 simplr ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z ∧ f = F ∧ g = G → f = F
37 34 35 36 oveq123d ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z ∧ f = F ∧ g = G → g x y · ˙ z f = G X Y · ˙ Z F
38 30 33 oveq12d ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z ∧ f = F ∧ g = G → x H z = X H Z
39 37 38 eleq12d ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z ∧ f = F ∧ g = G → g x y · ˙ z f ∈ x H z ↔ G X Y · ˙ Z F ∈ X H Z
40 29 39 rspcdv ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z ∧ f = F → ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z → G X Y · ˙ Z F ∈ X H Z
41 24 40 rspcimdv ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y ∧ z = Z → ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z → G X Y · ˙ Z F ∈ X H Z
42 19 41 rspcimdv ⊢ φ ∧ x = X ∧ y = Y → ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z → G X Y · ˙ Z F ∈ X H Z
43 18 42 rspcimdv ⊢ φ ∧ x = X → ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z → G X Y · ˙ Z F ∈ X H Z
44 5 43 rspcimdv ⊢ φ → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z → G X Y · ˙ Z F ∈ X H Z
45 17 44 mpd ⊢ φ → G X Y · ˙ Z F ∈ X H Z