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Theorem iscatd

Description: Properties that determine a category. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Jan-2017)

Ref Expression
Hypotheses iscatd.b ⊢ φ → B = Base C
iscatd.h ⊢ φ → H = Hom ⁡ C
iscatd.o ⊢ φ → · ˙ = comp ⁡ C
iscatd.c ⊢ φ → C ∈ V
iscatd.1 ⊢ φ ∧ x ∈ B → 1 ˙ ∈ x H x
iscatd.2 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ f ∈ y H x → 1 ˙ y x · ˙ x f = f
iscatd.3 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ f ∈ x H y → f x x · ˙ y 1 ˙ = f
iscatd.4 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B ∧ f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → g x y · ˙ z f ∈ x H z
iscatd.5 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B ∧ w ∈ B ∧ f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z ∧ k ∈ z H w → k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
Assertion iscatd ⊢ φ → C ∈ Cat

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 iscatd.b ⊢ φ → B = Base C
2 iscatd.h ⊢ φ → H = Hom ⁡ C
3 iscatd.o ⊢ φ → · ˙ = comp ⁡ C
4 iscatd.c ⊢ φ → C ∈ V
5 iscatd.1 ⊢ φ ∧ x ∈ B → 1 ˙ ∈ x H x
6 iscatd.2 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ f ∈ y H x → 1 ˙ y x · ˙ x f = f
7 iscatd.3 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ f ∈ x H y → f x x · ˙ y 1 ˙ = f
8 iscatd.4 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B ∧ f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → g x y · ˙ z f ∈ x H z
9 iscatd.5 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B ∧ w ∈ B ∧ f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z ∧ k ∈ z H w → k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
10 6 3exp2 ⊢ φ → x ∈ B → y ∈ B → f ∈ y H x → 1 ˙ y x · ˙ x f = f
11 10 imp31 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → f ∈ y H x → 1 ˙ y x · ˙ x f = f
12 11 ralrimiv ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → ∀ f ∈ y H x 1 ˙ y x · ˙ x f = f
13 7 3exp2 ⊢ φ → x ∈ B → y ∈ B → f ∈ x H y → f x x · ˙ y 1 ˙ = f
14 13 imp31 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → f ∈ x H y → f x x · ˙ y 1 ˙ = f
15 14 ralrimiv ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y 1 ˙ = f
16 12 15 jca ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → ∀ f ∈ y H x 1 ˙ y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y 1 ˙ = f
17 16 ralrimiva ⊢ φ ∧ x ∈ B → ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x 1 ˙ y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y 1 ˙ = f
18 oveq1 ⊢ g = 1 ˙ → g y x · ˙ x f = 1 ˙ y x · ˙ x f
19 18 eqeq1d ⊢ g = 1 ˙ → g y x · ˙ x f = f ↔ 1 ˙ y x · ˙ x f = f
20 19 ralbidv ⊢ g = 1 ˙ → ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ↔ ∀ f ∈ y H x 1 ˙ y x · ˙ x f = f
21 oveq2 ⊢ g = 1 ˙ → f x x · ˙ y g = f x x · ˙ y 1 ˙
22 21 eqeq1d ⊢ g = 1 ˙ → f x x · ˙ y g = f ↔ f x x · ˙ y 1 ˙ = f
23 22 ralbidv ⊢ g = 1 ˙ → ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ↔ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y 1 ˙ = f
24 20 23 anbi12d ⊢ g = 1 ˙ → ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ↔ ∀ f ∈ y H x 1 ˙ y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y 1 ˙ = f
25 24 ralbidv ⊢ g = 1 ˙ → ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ↔ ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x 1 ˙ y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y 1 ˙ = f
26 25 rspcev ⊢ 1 ˙ ∈ x H x ∧ ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x 1 ˙ y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y 1 ˙ = f → ∃ g ∈ x H x ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f
27 5 17 26 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ B → ∃ g ∈ x H x ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f
28 8 3expia ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B → f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → g x y · ˙ z f ∈ x H z
29 28 3exp2 ⊢ φ → x ∈ B → y ∈ B → z ∈ B → f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → g x y · ˙ z f ∈ x H z
30 29 imp43 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B → f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → g x y · ˙ z f ∈ x H z
31 9 3expa ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B ∧ w ∈ B ∧ f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z ∧ k ∈ z H w → k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
32 31 3exp2 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B ∧ w ∈ B → f ∈ x H y → g ∈ y H z → k ∈ z H w → k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
33 32 imp32 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B ∧ w ∈ B ∧ f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → k ∈ z H w → k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
34 33 ralrimiv ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B ∧ w ∈ B ∧ f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
35 34 ex ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B ∧ w ∈ B → f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
36 35 expr ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → z ∈ B ∧ w ∈ B → f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
37 36 expd ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → z ∈ B → w ∈ B → f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
38 37 expr ⊢ φ ∧ x ∈ B → y ∈ B → z ∈ B → w ∈ B → f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
39 38 imp42 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B ∧ w ∈ B → f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
40 39 ralrimdva ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B → f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
41 30 40 jcad ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B → f ∈ x H y ∧ g ∈ y H z → g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
42 41 ralrimivv ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B → ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
43 42 ralrimivva ⊢ φ ∧ x ∈ B → ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
44 27 43 jca ⊢ φ ∧ x ∈ B → ∃ g ∈ x H x ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ∧ ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
45 44 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ B ∃ g ∈ x H x ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ∧ ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
46 2 oveqd ⊢ φ → x H x = x Hom ⁡ C x
47 2 oveqd ⊢ φ → y H x = y Hom ⁡ C x
48 3 oveqd ⊢ φ → y x · ˙ x = y x comp ⁡ C x
49 48 oveqd ⊢ φ → g y x · ˙ x f = g y x comp ⁡ C x f
50 49 eqeq1d ⊢ φ → g y x · ˙ x f = f ↔ g y x comp ⁡ C x f = f
51 47 50 raleqbidv ⊢ φ → ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ↔ ∀ f ∈ y Hom ⁡ C x g y x comp ⁡ C x f = f
52 2 oveqd ⊢ φ → x H y = x Hom ⁡ C y
53 3 oveqd ⊢ φ → x x · ˙ y = x x comp ⁡ C y
54 53 oveqd ⊢ φ → f x x · ˙ y g = f x x comp ⁡ C y g
55 54 eqeq1d ⊢ φ → f x x · ˙ y g = f ↔ f x x comp ⁡ C y g = f
56 52 55 raleqbidv ⊢ φ → ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ↔ ∀ f ∈ x Hom ⁡ C y f x x comp ⁡ C y g = f
57 51 56 anbi12d ⊢ φ → ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ↔ ∀ 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
58 1 57 raleqbidv ⊢ φ → ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ↔ ∀ 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 46 58 rexeqbidv ⊢ φ → ∃ g ∈ x H x ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ↔ ∃ 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
60 2 oveqd ⊢ φ → y H z = y Hom ⁡ C z
61 3 oveqd ⊢ φ → x y · ˙ z = x y comp ⁡ C z
62 61 oveqd ⊢ φ → g x y · ˙ z f = g x y comp ⁡ C z f
63 2 oveqd ⊢ φ → x H z = x Hom ⁡ C z
64 62 63 eleq12d ⊢ φ → g x y · ˙ z f ∈ x H z ↔ g x y comp ⁡ C z f ∈ x Hom ⁡ C z
65 2 oveqd ⊢ φ → z H w = z Hom ⁡ C w
66 3 oveqd ⊢ φ → x y · ˙ w = x y comp ⁡ C w
67 3 oveqd ⊢ φ → y z · ˙ w = y z comp ⁡ C w
68 67 oveqd ⊢ φ → k y z · ˙ w g = k y z comp ⁡ C w g
69 eqidd ⊢ φ → f = f
70 66 68 69 oveq123d ⊢ φ → k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f
71 3 oveqd ⊢ φ → x z · ˙ w = x z comp ⁡ C w
72 eqidd ⊢ φ → k = k
73 71 72 62 oveq123d ⊢ φ → k x z · ˙ w g x y · ˙ z f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
74 70 73 eqeq12d ⊢ φ → k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f ↔ k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
75 65 74 raleqbidv ⊢ φ → ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f ↔ ∀ k ∈ z Hom ⁡ C w k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
76 1 75 raleqbidv ⊢ φ → ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f ↔ ∀ w ∈ Base C ∀ k ∈ z Hom ⁡ C w k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
77 64 76 anbi12d ⊢ φ → g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f ↔ g x y comp ⁡ C z f ∈ x Hom ⁡ C z ∧ ∀ w ∈ Base C ∀ k ∈ z Hom ⁡ C w k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
78 60 77 raleqbidv ⊢ φ → ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f ↔ ∀ g ∈ y Hom ⁡ C z g x y comp ⁡ C z f ∈ x Hom ⁡ C z ∧ ∀ w ∈ Base C ∀ k ∈ z Hom ⁡ C w k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
79 52 78 raleqbidv ⊢ φ → ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f ↔ ∀ f ∈ x Hom ⁡ C y ∀ g ∈ y Hom ⁡ C z g x y comp ⁡ C z f ∈ x Hom ⁡ C z ∧ ∀ w ∈ Base C ∀ k ∈ z Hom ⁡ C w k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
80 1 79 raleqbidv ⊢ φ → ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f ↔ ∀ z ∈ Base C ∀ f ∈ x Hom ⁡ C y ∀ g ∈ y Hom ⁡ C z g x y comp ⁡ C z f ∈ x Hom ⁡ C z ∧ ∀ w ∈ Base C ∀ k ∈ z Hom ⁡ C w k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
81 1 80 raleqbidv ⊢ φ → ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f ↔ ∀ y ∈ Base C ∀ z ∈ Base C ∀ f ∈ x Hom ⁡ C y ∀ g ∈ y Hom ⁡ C z g x y comp ⁡ C z f ∈ x Hom ⁡ C z ∧ ∀ w ∈ Base C ∀ k ∈ z Hom ⁡ C w k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
82 59 81 anbi12d ⊢ φ → ∃ g ∈ x H x ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ∧ ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f ↔ ∃ 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 ∀ z ∈ Base C ∀ f ∈ x Hom ⁡ C y ∀ g ∈ y Hom ⁡ C z g x y comp ⁡ C z f ∈ x Hom ⁡ C z ∧ ∀ w ∈ Base C ∀ k ∈ z Hom ⁡ C w k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
83 1 82 raleqbidv ⊢ φ → ∀ x ∈ B ∃ g ∈ x H x ∀ y ∈ B ∀ f ∈ y H x g y x · ˙ x f = f ∧ ∀ f ∈ x H y f x x · ˙ y g = f ∧ ∀ y ∈ B ∀ z ∈ B ∀ f ∈ x H y ∀ g ∈ y H z g x y · ˙ z f ∈ x H z ∧ ∀ w ∈ B ∀ k ∈ z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f ↔ ∀ 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 ∧ ∀ y ∈ Base C ∀ z ∈ Base C ∀ f ∈ x Hom ⁡ C y ∀ g ∈ y Hom ⁡ C z g x y comp ⁡ C z f ∈ x Hom ⁡ C z ∧ ∀ w ∈ Base C ∀ k ∈ z Hom ⁡ C w k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
84 45 83 mpbid ⊢ 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 ∧ ∀ y ∈ Base C ∀ z ∈ Base C ∀ f ∈ x Hom ⁡ C y ∀ g ∈ y Hom ⁡ C z g x y comp ⁡ C z f ∈ x Hom ⁡ C z ∧ ∀ w ∈ Base C ∀ k ∈ z Hom ⁡ C w k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
85 eqid ⊢ Base C = Base C
86 eqid ⊢ Hom ⁡ C = Hom ⁡ C
87 eqid ⊢ comp ⁡ C = comp ⁡ C
88 85 86 87 iscat ⊢ C ∈ V → C ∈ Cat ↔ ∀ 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 ∧ ∀ y ∈ Base C ∀ z ∈ Base C ∀ f ∈ x Hom ⁡ C y ∀ g ∈ y Hom ⁡ C z g x y comp ⁡ C z f ∈ x Hom ⁡ C z ∧ ∀ w ∈ Base C ∀ k ∈ z Hom ⁡ C w k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
89 4 88 syl ⊢ φ → C ∈ Cat ↔ ∀ 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 ∧ ∀ y ∈ Base C ∀ z ∈ Base C ∀ f ∈ x Hom ⁡ C y ∀ g ∈ y Hom ⁡ C z g x y comp ⁡ C z f ∈ x Hom ⁡ C z ∧ ∀ w ∈ Base C ∀ k ∈ z Hom ⁡ C w k y z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C w f = k x z comp ⁡ C w g x y comp ⁡ C z f
90 84 89 mpbird ⊢ φ → C ∈ Cat