Metamath Proof Explorer


Theorem comodular

Description: A strong modular law for the composition of relations. The modular law is an axiom defining allegories. (Contributed by BJ, 7-Nov-2026)

Ref Expression
Assertion comodular ⊢ A ∘ B ∩ C ⊆ A ∩ C ∘ B -1 ∘ B ∩ A -1 ∘ C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 relco ⊢ Rel ⁡ A ∘ B
2 relin1 ⊢ Rel ⁡ A ∘ B → Rel ⁡ A ∘ B ∩ C
3 1 2 ax-mp ⊢ Rel ⁡ A ∘ B ∩ C
4 brin ⊢ x A ∘ B ∩ C y ↔ x A ∘ B y ∧ x C y
5 vex ⊢ x ∈ V
6 vex ⊢ y ∈ V
7 5 6 brco ⊢ x A ∘ B y ↔ ∃ z x B z ∧ z A y
8 simprl ⊢ x C y ∧ x B z ∧ z A y → x B z
9 simpl ⊢ x C y ∧ x B z ∧ z A y → x C y
10 simprr ⊢ x C y ∧ x B z ∧ z A y → z A y
11 vex ⊢ z ∈ V
12 6 11 brcnv ⊢ y A -1 z ↔ z A y
13 10 12 sylibr ⊢ x C y ∧ x B z ∧ z A y → y A -1 z
14 5 6 11 brcoi ⊢ x C y ∧ y A -1 z → x A -1 ∘ C z
15 9 13 14 syl2anc ⊢ x C y ∧ x B z ∧ z A y → x A -1 ∘ C z
16 brin ⊢ x B ∩ A -1 ∘ C z ↔ x B z ∧ x A -1 ∘ C z
17 8 15 16 sylanbrc ⊢ x C y ∧ x B z ∧ z A y → x B ∩ A -1 ∘ C z
18 11 5 brcnv ⊢ z B -1 x ↔ x B z
19 8 18 sylibr ⊢ x C y ∧ x B z ∧ z A y → z B -1 x
20 11 5 6 brcoi ⊢ z B -1 x ∧ x C y → z C ∘ B -1 y
21 19 9 20 syl2anc ⊢ x C y ∧ x B z ∧ z A y → z C ∘ B -1 y
22 brin ⊢ z A ∩ C ∘ B -1 y ↔ z A y ∧ z C ∘ B -1 y
23 10 21 22 sylanbrc ⊢ x C y ∧ x B z ∧ z A y → z A ∩ C ∘ B -1 y
24 5 11 6 brcoi ⊢ x B ∩ A -1 ∘ C z ∧ z A ∩ C ∘ B -1 y → x A ∩ C ∘ B -1 ∘ B ∩ A -1 ∘ C y
25 17 23 24 syl2anc ⊢ x C y ∧ x B z ∧ z A y → x A ∩ C ∘ B -1 ∘ B ∩ A -1 ∘ C y
26 25 ex ⊢ x C y → x B z ∧ z A y → x A ∩ C ∘ B -1 ∘ B ∩ A -1 ∘ C y
27 26 exlimdv ⊢ x C y → ∃ z x B z ∧ z A y → x A ∩ C ∘ B -1 ∘ B ∩ A -1 ∘ C y
28 7 27 biimtrid ⊢ x C y → x A ∘ B y → x A ∩ C ∘ B -1 ∘ B ∩ A -1 ∘ C y
29 28 impcom ⊢ x A ∘ B y ∧ x C y → x A ∩ C ∘ B -1 ∘ B ∩ A -1 ∘ C y
30 4 29 sylbi ⊢ x A ∘ B ∩ C y → x A ∩ C ∘ B -1 ∘ B ∩ A -1 ∘ C y
31 df-br ⊢ x A ∘ B ∩ C y ↔ x y ∈ A ∘ B ∩ C
32 df-br ⊢ x A ∩ C ∘ B -1 ∘ B ∩ A -1 ∘ C y ↔ x y ∈ A ∩ C ∘ B -1 ∘ B ∩ A -1 ∘ C
33 30 31 32 3imtr3i ⊢ x y ∈ A ∘ B ∩ C → x y ∈ A ∩ C ∘ B -1 ∘ B ∩ A -1 ∘ C
34 3 33 relssi ⊢ A ∘ B ∩ C ⊆ A ∩ C ∘ B -1 ∘ B ∩ A -1 ∘ C