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Theorem monsect

Description: If F is a monomorphism and G is a section of F , then G is an inverse of F and they are both isomorphisms. This is also stated as "a monomorphism which is also a split epimorphism is an isomorphism". (Contributed by Mario Carneiro, 3-Jan-2017)

Ref Expression
Hypotheses sectmon.b B = Base C
sectmon.m M = Mono C
sectmon.s S = Sect C
sectmon.c φ C Cat
sectmon.x φ X B
sectmon.y φ Y B
monsect.n N = Inv C
monsect.1 φ F X M Y
monsect.2 φ G Y S X F
Assertion monsect φ F X N Y G

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sectmon.b B = Base C
2 sectmon.m M = Mono C
3 sectmon.s S = Sect C
4 sectmon.c φ C Cat
5 sectmon.x φ X B
6 sectmon.y φ Y B
7 monsect.n N = Inv C
8 monsect.1 φ F X M Y
9 monsect.2 φ G Y S X F
10 eqid Hom C = Hom C
11 eqid comp C = comp C
12 eqid Id C = Id C
13 1 10 11 12 3 4 6 5 issect φ G Y S X F G Y Hom C X F X Hom C Y F Y X comp C Y G = Id C Y
14 9 13 mpbid φ G Y Hom C X F X Hom C Y F Y X comp C Y G = Id C Y
15 14 simp3d φ F Y X comp C Y G = Id C Y
16 15 oveq1d φ F Y X comp C Y G X Y comp C Y F = Id C Y X Y comp C Y F
17 14 simp2d φ F X Hom C Y
18 14 simp1d φ G Y Hom C X
19 1 10 11 4 5 6 5 17 18 6 17 catass φ F Y X comp C Y G X Y comp C Y F = F X X comp C Y G X Y comp C X F
20 1 10 12 4 5 11 6 17 catlid φ Id C Y X Y comp C Y F = F
21 1 10 12 4 5 11 6 17 catrid φ F X X comp C Y Id C X = F
22 20 21 eqtr4d φ Id C Y X Y comp C Y F = F X X comp C Y Id C X
23 16 19 22 3eqtr3d φ F X X comp C Y G X Y comp C X F = F X X comp C Y Id C X
24 1 10 11 4 5 6 5 17 18 catcocl φ G X Y comp C X F X Hom C X
25 1 10 12 4 5 catidcl φ Id C X X Hom C X
26 1 10 11 2 4 5 6 5 8 24 25 moni φ F X X comp C Y G X Y comp C X F = F X X comp C Y Id C X G X Y comp C X F = Id C X
27 23 26 mpbid φ G X Y comp C X F = Id C X
28 1 10 11 12 3 4 5 6 17 18 issect2 φ F X S Y G G X Y comp C X F = Id C X
29 27 28 mpbird φ F X S Y G
30 1 7 4 5 6 3 isinv φ F X N Y G F X S Y G G Y S X F
31 29 9 30 mpbir2and φ F X N Y G