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Theorem issubc3

Description: Alternate definition of a subcategory, as a subset of the category which is itself a category. The assumption that the identity be closed is necessary just as in the case of a monoid, issubm2 , for the same reasons, since categories are a generalization of monoids. (Contributed by Mario Carneiro, 6-Jan-2017)

Ref Expression
Hypotheses issubc3.h H = Hom 𝑓 C
issubc3.i 1 ˙ = Id C
issubc3.1 D = C cat J
issubc3.c φ C Cat
issubc3.a φ J Fn S × S
Assertion issubc3 φ J Subcat C J cat H x S 1 ˙ x x J x D Cat

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 issubc3.h H = Hom 𝑓 C
2 issubc3.i 1 ˙ = Id C
3 issubc3.1 D = C cat J
4 issubc3.c φ C Cat
5 issubc3.a φ J Fn S × S
6 simpr φ J Subcat C J Subcat C
7 6 1 subcssc φ J Subcat C J cat H
8 6 adantr φ J Subcat C x S J Subcat C
9 5 ad2antrr φ J Subcat C x S J Fn S × S
10 simpr φ J Subcat C x S x S
11 8 9 10 2 subcidcl φ J Subcat C x S 1 ˙ x x J x
12 11 ralrimiva φ J Subcat C x S 1 ˙ x x J x
13 3 6 subccat φ J Subcat C D Cat
14 7 12 13 3jca φ J Subcat C J cat H x S 1 ˙ x x J x D Cat
15 simpr1 φ J cat H x S 1 ˙ x x J x D Cat J cat H
16 simpr2 φ J cat H x S 1 ˙ x x J x D Cat x S 1 ˙ x x J x
17 eqid Base D = Base D
18 eqid Hom D = Hom D
19 eqid comp D = comp D
20 simplrr φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z D Cat
21 simprl1 φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z x S
22 eqid Base C = Base C
23 4 ad2antrr φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z C Cat
24 5 ad2antrr φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z J Fn S × S
25 1 22 homffn H Fn Base C × Base C
26 25 a1i φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z H Fn Base C × Base C
27 simplrl φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z J cat H
28 24 26 27 ssc1 φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z S Base C
29 3 22 23 24 28 rescbas φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z S = Base D
30 21 29 eleqtrd φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z x Base D
31 simprl2 φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z y S
32 31 29 eleqtrd φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z y Base D
33 simprl3 φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z z S
34 33 29 eleqtrd φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z z Base D
35 simprrl φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z f x J y
36 3 22 23 24 28 reschom φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z J = Hom D
37 36 oveqd φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z x J y = x Hom D y
38 35 37 eleqtrd φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z f x Hom D y
39 simprrr φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z g y J z
40 36 oveqd φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z y J z = y Hom D z
41 39 40 eleqtrd φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z g y Hom D z
42 17 18 19 20 30 32 34 38 41 catcocl φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z g x y comp D z f x Hom D z
43 eqid comp C = comp C
44 3 22 23 24 28 43 rescco φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z comp C = comp D
45 44 oveqd φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z x y comp C z = x y comp D z
46 45 oveqd φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z g x y comp C z f = g x y comp D z f
47 36 oveqd φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z x J z = x Hom D z
48 42 46 47 3eltr4d φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z g x y comp C z f x J z
49 48 anassrs φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z g x y comp C z f x J z
50 49 ralrimivva φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z g x y comp C z f x J z
51 50 ralrimivvva φ J cat H D Cat x S y S z S f x J y g y J z g x y comp C z f x J z
52 51 3adantr2 φ J cat H x S 1 ˙ x x J x D Cat x S y S z S f x J y g y J z g x y comp C z f x J z
53 r19.26 x S 1 ˙ x x J x y S z S f x J y g y J z g x y comp C z f x J z x S 1 ˙ x x J x x S y S z S f x J y g y J z g x y comp C z f x J z
54 16 52 53 sylanbrc φ J cat H x S 1 ˙ x x J x D Cat x S 1 ˙ x x J x y S z S f x J y g y J z g x y comp C z f x J z
55 4 adantr φ J cat H x S 1 ˙ x x J x D Cat C Cat
56 5 adantr φ J cat H x S 1 ˙ x x J x D Cat J Fn S × S
57 1 2 43 55 56 issubc2 φ J cat H x S 1 ˙ x x J x D Cat J Subcat C J cat H x S 1 ˙ x x J x y S z S f x J y g y J z g x y comp C z f x J z
58 15 54 57 mpbir2and φ J cat H x S 1 ˙ x x J x D Cat J Subcat C
59 14 58 impbida φ J Subcat C J cat H x S 1 ˙ x x J x D Cat