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Theorem fullsubc

Description: The full subcategory generated by a subset of objects is the category with these objects and the same morphisms as the original. The result is always a subcategory (and it is full, meaning that all morphisms of the original category between objects in the subcategory is also in the subcategory), see definition 4.1(2) of Adamek p. 48. (Contributed by Mario Carneiro, 4-Jan-2017)

Ref Expression
Hypotheses fullsubc.b ⊢ B = Base C
fullsubc.h ⊢ H = Hom 𝑓 ⁡ C
fullsubc.c ⊢ φ → C ∈ Cat
fullsubc.s ⊢ φ → S ⊆ B
Assertion fullsubc ⊢ φ → H ↾ S × S ∈ Subcat ⁡ C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fullsubc.b ⊢ B = Base C
2 fullsubc.h ⊢ H = Hom 𝑓 ⁡ C
3 fullsubc.c ⊢ φ → C ∈ Cat
4 fullsubc.s ⊢ φ → S ⊆ B
5 2 1 homffn ⊢ H Fn B × B
6 1 fvexi ⊢ B ∈ V
7 sscres ⊢ H Fn B × B ∧ B ∈ V → H ↾ S × S ⊆ cat H
8 5 6 7 mp2an ⊢ H ↾ S × S ⊆ cat H
9 8 a1i ⊢ φ → H ↾ S × S ⊆ cat H
10 eqid ⊢ Hom ⁡ C = Hom ⁡ C
11 eqid ⊢ Id ⁡ C = Id ⁡ C
12 3 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S → C ∈ Cat
13 4 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ S → x ∈ B
14 1 10 11 12 13 catidcl ⊢ φ ∧ x ∈ S → Id ⁡ C ⁡ x ∈ x Hom ⁡ C x
15 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ S → x ∈ S
16 15 15 ovresd ⊢ φ ∧ x ∈ S → x H ↾ S × S x = x H x
17 2 1 10 13 13 homfval ⊢ φ ∧ x ∈ S → x H x = x Hom ⁡ C x
18 16 17 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ S → x H ↾ S × S x = x Hom ⁡ C x
19 14 18 eleqtrrd ⊢ φ ∧ x ∈ S → Id ⁡ C ⁡ x ∈ x H ↾ S × S x
20 eqid ⊢ comp ⁡ C = comp ⁡ C
21 12 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y ∧ g ∈ y Hom ⁡ C z → C ∈ Cat
22 13 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y ∧ g ∈ y Hom ⁡ C z → x ∈ B
23 4 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S → S ⊆ B
24 23 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → y ∈ B
25 24 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S → y ∈ B
26 25 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y ∧ g ∈ y Hom ⁡ C z → y ∈ B
27 23 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → S ⊆ B
28 27 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S → z ∈ B
29 28 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y ∧ g ∈ y Hom ⁡ C z → z ∈ B
30 simprl ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y ∧ g ∈ y Hom ⁡ C z → f ∈ x Hom ⁡ C y
31 simprr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y ∧ g ∈ y Hom ⁡ C z → g ∈ y Hom ⁡ C z
32 1 10 20 21 22 26 29 30 31 catcocl ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y ∧ g ∈ y Hom ⁡ C z → g x y comp ⁡ C z f ∈ x Hom ⁡ C z
33 15 ad3antrrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y ∧ g ∈ y Hom ⁡ C z → x ∈ S
34 simplr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y ∧ g ∈ y Hom ⁡ C z → z ∈ S
35 33 34 ovresd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y ∧ g ∈ y Hom ⁡ C z → x H ↾ S × S z = x H z
36 2 1 10 22 29 homfval ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y ∧ g ∈ y Hom ⁡ C z → x H z = x Hom ⁡ C z
37 35 36 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y ∧ g ∈ y Hom ⁡ C z → x H ↾ S × S z = x Hom ⁡ C z
38 32 37 eleqtrrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y ∧ g ∈ y Hom ⁡ C z → g x y comp ⁡ C z f ∈ x H ↾ S × S z
39 38 ralrimivva ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S → ∀ f ∈ x Hom ⁡ C y ∀ g ∈ y Hom ⁡ C z g x y comp ⁡ C z f ∈ x H ↾ S × S z
40 simplr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → x ∈ S
41 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → y ∈ S
42 40 41 ovresd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → x H ↾ S × S y = x H y
43 13 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → x ∈ B
44 2 1 10 43 24 homfval ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → x H y = x Hom ⁡ C y
45 42 44 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → x H ↾ S × S y = x Hom ⁡ C y
46 45 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S → x H ↾ S × S y = x Hom ⁡ C y
47 simplr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S → y ∈ S
48 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S → z ∈ S
49 47 48 ovresd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S → y H ↾ S × S z = y H z
50 2 1 10 25 28 homfval ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S → y H z = y Hom ⁡ C z
51 49 50 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S → y H ↾ S × S z = y Hom ⁡ C z
52 51 raleqdv ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S → ∀ g ∈ y H ↾ S × S z g x y comp ⁡ C z f ∈ x H ↾ S × S z ↔ ∀ g ∈ y Hom ⁡ C z g x y comp ⁡ C z f ∈ x H ↾ S × S z
53 46 52 raleqbidv ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S → ∀ f ∈ x H ↾ S × S y ∀ g ∈ y H ↾ S × S z g x y comp ⁡ C z f ∈ x H ↾ S × S z ↔ ∀ f ∈ x Hom ⁡ C y ∀ g ∈ y Hom ⁡ C z g x y comp ⁡ C z f ∈ x H ↾ S × S z
54 39 53 mpbird ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S → ∀ f ∈ x H ↾ S × S y ∀ g ∈ y H ↾ S × S z g x y comp ⁡ C z f ∈ x H ↾ S × S z
55 54 ralrimiva ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → ∀ z ∈ S ∀ f ∈ x H ↾ S × S y ∀ g ∈ y H ↾ S × S z g x y comp ⁡ C z f ∈ x H ↾ S × S z
56 55 ralrimiva ⊢ φ ∧ x ∈ S → ∀ y ∈ S ∀ z ∈ S ∀ f ∈ x H ↾ S × S y ∀ g ∈ y H ↾ S × S z g x y comp ⁡ C z f ∈ x H ↾ S × S z
57 19 56 jca ⊢ φ ∧ x ∈ S → Id ⁡ C ⁡ x ∈ x H ↾ S × S x ∧ ∀ y ∈ S ∀ z ∈ S ∀ f ∈ x H ↾ S × S y ∀ g ∈ y H ↾ S × S z g x y comp ⁡ C z f ∈ x H ↾ S × S z
58 57 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ S Id ⁡ C ⁡ x ∈ x H ↾ S × S x ∧ ∀ y ∈ S ∀ z ∈ S ∀ f ∈ x H ↾ S × S y ∀ g ∈ y H ↾ S × S z g x y comp ⁡ C z f ∈ x H ↾ S × S z
59 xpss12 ⊢ S ⊆ B ∧ S ⊆ B → S × S ⊆ B × B
60 4 4 59 syl2anc ⊢ φ → S × S ⊆ B × B
61 fnssres ⊢ H Fn B × B ∧ S × S ⊆ B × B → H ↾ S × S Fn S × S
62 5 60 61 sylancr ⊢ φ → H ↾ S × S Fn S × S
63 2 11 20 3 62 issubc2 ⊢ φ → H ↾ S × S ∈ Subcat ⁡ C ↔ H ↾ S × S ⊆ cat H ∧ ∀ x ∈ S Id ⁡ C ⁡ x ∈ x H ↾ S × S x ∧ ∀ y ∈ S ∀ z ∈ S ∀ f ∈ x H ↾ S × S y ∀ g ∈ y H ↾ S × S z g x y comp ⁡ C z f ∈ x H ↾ S × S z
64 9 58 63 mpbir2and ⊢ φ → H ↾ S × S ∈ Subcat ⁡ C