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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