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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