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Theorem catidd

Description: Deduce the identity arrow in a category. (Contributed by Mario Carneiro, 3-Jan-2017)

Ref Expression
Hypotheses catidd.b φ B = Base C
catidd.h φ H = Hom C
catidd.o φ · ˙ = comp C
catidd.c φ C Cat
catidd.1 φ x B 1 ˙ x H x
catidd.2 φ x B y B f y H x 1 ˙ y x · ˙ x f = f
catidd.3 φ x B y B f x H y f x x · ˙ y 1 ˙ = f
Assertion catidd φ Id C = x B 1 ˙

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 catidd.b φ B = Base C
2 catidd.h φ H = Hom C
3 catidd.o φ · ˙ = comp C
4 catidd.c φ C Cat
5 catidd.1 φ x B 1 ˙ x H x
6 catidd.2 φ x B y B f y H x 1 ˙ y x · ˙ x f = f
7 catidd.3 φ x B y B f x H y f x x · ˙ y 1 ˙ = f
8 6 ex φ x B y B f y H x 1 ˙ y x · ˙ x f = f
9 1 eleq2d φ x B x Base C
10 1 eleq2d φ y B y Base C
11 2 oveqd φ y H x = y Hom C x
12 11 eleq2d φ f y H x f y Hom C x
13 9 10 12 3anbi123d φ x B y B f y H x x Base C y Base C f y Hom C x
14 3 oveqd φ y x · ˙ x = y x comp C x
15 14 oveqd φ 1 ˙ y x · ˙ x f = 1 ˙ y x comp C x f
16 15 eqeq1d φ 1 ˙ y x · ˙ x f = f 1 ˙ y x comp C x f = f
17 8 13 16 3imtr3d φ x Base C y Base C f y Hom C x 1 ˙ y x comp C x f = f
18 17 3expd φ x Base C y Base C f y Hom C x 1 ˙ y x comp C x f = f
19 18 imp41 φ x Base C y Base C f y Hom C x 1 ˙ y x comp C x f = f
20 19 ralrimiva φ x Base C y Base C f y Hom C x 1 ˙ y x comp C x f = f
21 7 ex φ x B y B f x H y f x x · ˙ y 1 ˙ = f
22 2 oveqd φ x H y = x Hom C y
23 22 eleq2d φ f x H y f x Hom C y
24 9 10 23 3anbi123d φ x B y B f x H y x Base C y Base C f x Hom C y
25 3 oveqd φ x x · ˙ y = x x comp C y
26 25 oveqd φ f x x · ˙ y 1 ˙ = f x x comp C y 1 ˙
27 26 eqeq1d φ f x x · ˙ y 1 ˙ = f f x x comp C y 1 ˙ = f
28 21 24 27 3imtr3d φ x Base C y Base C f x Hom C y f x x comp C y 1 ˙ = f
29 28 3expd φ x Base C y Base C f x Hom C y f x x comp C y 1 ˙ = f
30 29 imp41 φ x Base C y Base C f x Hom C y f x x comp C y 1 ˙ = f
31 30 ralrimiva φ x Base C y Base C f x Hom C y f x x comp C y 1 ˙ = f
32 20 31 jca φ x Base C y Base C f y Hom C x 1 ˙ y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y 1 ˙ = f
33 32 ralrimiva φ x Base C y Base C f y Hom C x 1 ˙ y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y 1 ˙ = f
34 5 ex φ x B 1 ˙ x H x
35 2 oveqd φ x H x = x Hom C x
36 35 eleq2d φ 1 ˙ x H x 1 ˙ x Hom C x
37 34 9 36 3imtr3d φ x Base C 1 ˙ x Hom C x
38 37 imp φ x Base C 1 ˙ x Hom C x
39 eqid Base C = Base C
40 eqid Hom C = Hom C
41 eqid comp C = comp C
42 4 adantr φ x Base C C Cat
43 simpr φ x Base C x Base C
44 39 40 41 42 43 catideu φ x Base C ∃! g x Hom C x y Base C f y Hom C x g y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y g = f
45 oveq1 g = 1 ˙ g y x comp C x f = 1 ˙ y x comp C x f
46 45 eqeq1d g = 1 ˙ g y x comp C x f = f 1 ˙ y x comp C x f = f
47 46 ralbidv g = 1 ˙ f y Hom C x g y x comp C x f = f f y Hom C x 1 ˙ y x comp C x f = f
48 oveq2 g = 1 ˙ f x x comp C y g = f x x comp C y 1 ˙
49 48 eqeq1d g = 1 ˙ f x x comp C y g = f f x x comp C y 1 ˙ = f
50 49 ralbidv g = 1 ˙ f x Hom C y f x x comp C y g = f f x Hom C y f x x comp C y 1 ˙ = f
51 47 50 anbi12d g = 1 ˙ f y Hom C x g y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y g = f f y Hom C x 1 ˙ y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y 1 ˙ = f
52 51 ralbidv g = 1 ˙ y Base C f y Hom C x g y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y g = f y Base C f y Hom C x 1 ˙ y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y 1 ˙ = f
53 52 riota2 1 ˙ x Hom C x ∃! g x Hom C x y Base C f y Hom C x g y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y g = f y Base C f y Hom C x 1 ˙ y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y 1 ˙ = f ι g x Hom C x | y Base C f y Hom C x g y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y g = f = 1 ˙
54 38 44 53 syl2anc φ x Base C y Base C f y Hom C x 1 ˙ y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y 1 ˙ = f ι g x Hom C x | y Base C f y Hom C x g y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y g = f = 1 ˙
55 33 54 mpbid φ x Base C ι g x Hom C x | y Base C f y Hom C x g y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y g = f = 1 ˙
56 55 mpteq2dva φ x Base C ι g x Hom C x | y Base C f y Hom C x g y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y g = f = x Base C 1 ˙
57 eqid Id C = Id C
58 39 40 41 4 57 cidfval φ Id C = x Base C ι g x Hom C x | y Base C f y Hom C x g y x comp C x f = f f x Hom C y f x x comp C y g = f
59 1 mpteq1d φ x B 1 ˙ = x Base C 1 ˙
60 56 58 59 3eqtr4d φ Id C = x B 1 ˙