Metamath Proof Explorer


Theorem fthcomf

Description: Source categories of a faithful functor have the same base, hom-sets and composition operation if the composition is compatible in images of the functor. (Contributed by Zhi Wang, 10-Nov-2025)

Ref Expression
Hypotheses fthcomf.1 φ F A Faith C G
fthcomf.2 φ F B Func D G
fthcomf.3 φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z y G z g F x F y comp C F z x G y f = y G z g F x F y comp D F z x G y f
Assertion fthcomf φ comp 𝑓 A = comp 𝑓 B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fthcomf.1 φ F A Faith C G
2 fthcomf.2 φ F B Func D G
3 fthcomf.3 φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z y G z g F x F y comp C F z x G y f = y G z g F x F y comp D F z x G y f
4 eqid Base A = Base A
5 eqid Hom A = Hom A
6 eqid comp A = comp A
7 eqid comp C = comp C
8 1 ad2antrr φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z F A Faith C G
9 fthfunc A Faith C A Func C
10 9 ssbri F A Faith C G F A Func C G
11 8 10 syl φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z F A Func C G
12 simplr1 φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z x Base A
13 simplr2 φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z y Base A
14 simplr3 φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z z Base A
15 simprl φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z f x Hom A y
16 simprr φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z g y Hom A z
17 4 5 6 7 11 12 13 14 15 16 funcco φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z x G z g x y comp A z f = y G z g F x F y comp C F z x G y f
18 eqid Base B = Base B
19 eqid Hom B = Hom B
20 eqid comp B = comp B
21 eqid comp D = comp D
22 2 ad2antrr φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z F B Func D G
23 1 10 syl φ F A Func C G
24 23 2 funchomf φ Hom 𝑓 A = Hom 𝑓 B
25 24 homfeqbas φ Base A = Base B
26 25 ad2antrr φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z Base A = Base B
27 12 26 eleqtrd φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z x Base B
28 13 26 eleqtrd φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z y Base B
29 14 26 eleqtrd φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z z Base B
30 24 ad2antrr φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z Hom 𝑓 A = Hom 𝑓 B
31 4 5 19 30 12 13 homfeqval φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z x Hom A y = x Hom B y
32 15 31 eleqtrd φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z f x Hom B y
33 4 5 19 30 13 14 homfeqval φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z y Hom A z = y Hom B z
34 16 33 eleqtrd φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z g y Hom B z
35 18 19 20 21 22 27 28 29 32 34 funcco φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z x G z g x y comp B z f = y G z g F x F y comp D F z x G y f
36 3 17 35 3eqtr4d φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z x G z g x y comp A z f = x G z g x y comp B z f
37 eqid Hom C = Hom C
38 23 funcrcl2 φ A Cat
39 38 ad2antrr φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z A Cat
40 4 5 6 39 12 13 14 15 16 catcocl φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z g x y comp A z f x Hom A z
41 2 funcrcl2 φ B Cat
42 41 ad2antrr φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z B Cat
43 18 19 20 42 27 28 29 32 34 catcocl φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z g x y comp B z f x Hom B z
44 4 5 19 30 12 14 homfeqval φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z x Hom A z = x Hom B z
45 43 44 eleqtrrd φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z g x y comp B z f x Hom A z
46 4 5 37 8 12 14 40 45 fthi φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z x G z g x y comp A z f = x G z g x y comp B z f g x y comp A z f = g x y comp B z f
47 36 46 mpbid φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z g x y comp A z f = g x y comp B z f
48 47 ralrimivva φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z g x y comp A z f = g x y comp B z f
49 48 ralrimivvva φ x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z g x y comp A z f = g x y comp B z f
50 eqidd φ Base A = Base A
51 6 20 5 50 25 24 comfeq φ comp 𝑓 A = comp 𝑓 B x Base A y Base A z Base A f x Hom A y g y Hom A z g x y comp A z f = g x y comp B z f
52 49 51 mpbird φ comp 𝑓 A = comp 𝑓 B