Metamath Proof Explorer


Theorem iinfconstbas

Description: The discrete category is the indexed intersection of all subcategories with the same base. (Contributed by Zhi Wang, 1-Nov-2025)

Ref Expression
Hypotheses discsubc.j ⊢ J = x ∈ S , y ∈ S ⟼ if x = y I ⁡ x ∅
discsubc.b ⊢ B = Base C
discsubc.i ⊢ I = Id ⁡ C
discsubc.s ⊢ φ → S ⊆ B
discsubc.c ⊢ φ → C ∈ Cat
iinfconstbas.a ⊢ φ → A = Subcat ⁡ C ∩ j | j Fn S × S
Assertion iinfconstbas ⊢ φ → J = z ∈ ⋂ h ∈ A dom ⁡ h ⟼ ⋂ h ∈ A h ⁡ z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 discsubc.j ⊢ J = x ∈ S , y ∈ S ⟼ if x = y I ⁡ x ∅
2 discsubc.b ⊢ B = Base C
3 discsubc.i ⊢ I = Id ⁡ C
4 discsubc.s ⊢ φ → S ⊆ B
5 discsubc.c ⊢ φ → C ∈ Cat
6 iinfconstbas.a ⊢ φ → A = Subcat ⁡ C ∩ j | j Fn S × S
7 1 2 3 4 5 6 iinfconstbaslem ⊢ φ → J ∈ A
8 7 ne0d ⊢ φ → A ≠ ∅
9 iinconst ⊢ A ≠ ∅ → ⋂ h ∈ A S = S
10 8 9 syl ⊢ φ → ⋂ h ∈ A S = S
11 10 eqcomd ⊢ φ → S = ⋂ h ∈ A S
12 11 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S → S = ⋂ h ∈ A S
13 7 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → J ∈ A
14 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h = J → h = J
15 14 oveqd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h = J → x h y = x J y
16 snex ⊢ I ⁡ x ∈ V
17 0ex ⊢ ∅ ∈ V
18 16 17 ifex ⊢ if x = y I ⁡ x ∅ ∈ V
19 1 ovmpt4g ⊢ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ if x = y I ⁡ x ∅ ∈ V → x J y = if x = y I ⁡ x ∅
20 18 19 mp3an3 ⊢ x ∈ S ∧ y ∈ S → x J y = if x = y I ⁡ x ∅
21 20 ad2antlr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h = J → x J y = if x = y I ⁡ x ∅
22 15 21 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h = J → x h y = if x = y I ⁡ x ∅
23 sseq1 ⊢ I ⁡ x = if x = y I ⁡ x ∅ → I ⁡ x ⊆ x h y ↔ if x = y I ⁡ x ∅ ⊆ x h y
24 sseq1 ⊢ ∅ = if x = y I ⁡ x ∅ → ∅ ⊆ x h y ↔ if x = y I ⁡ x ∅ ⊆ x h y
25 simpr ⊢ φ ∧ h ∈ A → h ∈ A
26 6 adantr ⊢ φ ∧ h ∈ A → A = Subcat ⁡ C ∩ j | j Fn S × S
27 25 26 eleqtrd ⊢ φ ∧ h ∈ A → h ∈ Subcat ⁡ C ∩ j | j Fn S × S
28 27 elin1d ⊢ φ ∧ h ∈ A → h ∈ Subcat ⁡ C
29 28 adantlr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h ∈ A → h ∈ Subcat ⁡ C
30 27 elin2d ⊢ φ ∧ h ∈ A → h ∈ j | j Fn S × S
31 vex ⊢ h ∈ V
32 fneq1 ⊢ j = h → j Fn S × S ↔ h Fn S × S
33 31 32 elab ⊢ h ∈ j | j Fn S × S ↔ h Fn S × S
34 30 33 sylib ⊢ φ ∧ h ∈ A → h Fn S × S
35 34 adantlr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h ∈ A → h Fn S × S
36 simplrl ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h ∈ A → x ∈ S
37 29 35 36 3 subcidcl ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h ∈ A → I ⁡ x ∈ x h x
38 37 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h ∈ A ∧ x = y → I ⁡ x ∈ x h x
39 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h ∈ A ∧ x = y → x = y
40 39 oveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h ∈ A ∧ x = y → x h x = x h y
41 38 40 eleqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h ∈ A ∧ x = y → I ⁡ x ∈ x h y
42 41 snssd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h ∈ A ∧ x = y → I ⁡ x ⊆ x h y
43 0ss ⊢ ∅ ⊆ x h y
44 43 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h ∈ A ∧ ¬ x = y → ∅ ⊆ x h y
45 23 24 42 44 ifbothda ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ h ∈ A → if x = y I ⁡ x ∅ ⊆ x h y
46 13 22 45 iinglb ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → ⋂ h ∈ A x h y = if x = y I ⁡ x ∅
47 46 eqcomd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → if x = y I ⁡ x ∅ = ⋂ h ∈ A x h y
48 11 12 47 mpoeq123dva ⊢ φ → x ∈ S , y ∈ S ⟼ if x = y I ⁡ x ∅ = x ∈ ⋂ h ∈ A S , y ∈ ⋂ h ∈ A S ⟼ ⋂ h ∈ A x h y
49 1 48 eqtrid ⊢ φ → J = x ∈ ⋂ h ∈ A S , y ∈ ⋂ h ∈ A S ⟼ ⋂ h ∈ A x h y
50 eqid ⊢ Hom 𝑓 ⁡ C = Hom 𝑓 ⁡ C
51 28 50 subcssc ⊢ φ ∧ h ∈ A → h ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C
52 eqidd ⊢ φ → z ∈ ⋂ h ∈ A dom ⁡ h ⟼ ⋂ h ∈ A h ⁡ z = z ∈ ⋂ h ∈ A dom ⁡ h ⟼ ⋂ h ∈ A h ⁡ z
53 dmdm ⊢ h Fn S × S → S = dom ⁡ dom ⁡ h
54 34 53 syl ⊢ φ ∧ h ∈ A → S = dom ⁡ dom ⁡ h
55 nfv ⊢ Ⅎ h φ
56 8 51 52 54 55 iinfssclem1 ⊢ φ → z ∈ ⋂ h ∈ A dom ⁡ h ⟼ ⋂ h ∈ A h ⁡ z = x ∈ ⋂ h ∈ A S , y ∈ ⋂ h ∈ A S ⟼ ⋂ h ∈ A x h y
57 49 56 eqtr4d ⊢ φ → J = z ∈ ⋂ h ∈ A dom ⁡ h ⟼ ⋂ h ∈ A h ⁡ z