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Theorem nelsubc3lem

Description: Lemma for nelsubc3 . (Contributed by Zhi Wang, 5-Nov-2025)

Ref Expression
Hypotheses nelsubc3lem.c ⊢ C ∈ Cat
nelsubc3lem.j ⊢ J ∈ V
nelsubc3lem.s ⊢ S ∈ V
nelsubc3lem.1 ⊢ J Fn S × S ∧ J ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ S Id ⁡ C ⁡ 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
Assertion nelsubc3lem ⊢ ∃ c ∈ Cat ∃ j ∃ s j Fn s × s ∧ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ c ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ c ⁡ 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

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 nelsubc3lem.c ⊢ C ∈ Cat
2 nelsubc3lem.j ⊢ J ∈ V
3 nelsubc3lem.s ⊢ S ∈ V
4 nelsubc3lem.1 ⊢ J Fn S × S ∧ J ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ S Id ⁡ C ⁡ 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
5 id ⊢ s = S → s = S
6 5 sqxpeqd ⊢ s = S → s × s = S × S
7 6 fneq2d ⊢ s = S → J Fn s × s ↔ J Fn S × S
8 raleq ⊢ s = S → ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ x ∈ x J x ↔ ∀ x ∈ S Id ⁡ C ⁡ x ∈ x J x
9 8 notbid ⊢ s = S → ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ x ∈ x J x ↔ ¬ ∀ x ∈ S Id ⁡ C ⁡ x ∈ x J x
10 raleq ⊢ s = S → ∀ z ∈ s ∀ f ∈ x J y ∀ g ∈ y J z g x y comp ⁡ C z f ∈ x J z ↔ ∀ z ∈ S ∀ f ∈ x J y ∀ g ∈ y J z g x y comp ⁡ C z f ∈ x J z
11 10 raleqbi1dv ⊢ s = S → ∀ y ∈ s ∀ z ∈ s ∀ f ∈ x J y ∀ g ∈ y J z g x y comp ⁡ C z f ∈ x J z ↔ ∀ y ∈ S ∀ z ∈ S ∀ f ∈ x J y ∀ g ∈ y J z g x y comp ⁡ C z f ∈ x J z
12 11 raleqbi1dv ⊢ s = S → ∀ x ∈ s ∀ y ∈ s ∀ z ∈ s ∀ f ∈ x J y ∀ g ∈ y J z g x y comp ⁡ C z f ∈ x J z ↔ ∀ x ∈ S ∀ y ∈ S ∀ z ∈ S ∀ f ∈ x J y ∀ g ∈ y J z g x y comp ⁡ C z f ∈ x J z
13 9 12 anbi12d ⊢ s = S → ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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 ↔ ¬ ∀ x ∈ S Id ⁡ C ⁡ 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
14 13 anbi2d ⊢ s = S → J ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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 ↔ J ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ S Id ⁡ C ⁡ 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
15 7 14 anbi12d ⊢ s = S → J Fn s × s ∧ J ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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 ↔ J Fn S × S ∧ J ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ S Id ⁡ C ⁡ 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
16 3 15 spcev ⊢ J Fn S × S ∧ J ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ S Id ⁡ C ⁡ 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 → ∃ s J Fn s × s ∧ J ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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
17 fneq1 ⊢ j = J → j Fn s × s ↔ J Fn s × s
18 breq1 ⊢ j = J → j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ↔ J ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C
19 oveq ⊢ j = J → x j x = x J x
20 19 eleq2d ⊢ j = J → Id ⁡ C ⁡ x ∈ x j x ↔ Id ⁡ C ⁡ x ∈ x J x
21 20 ralbidv ⊢ j = J → ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ x ∈ x j x ↔ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ x ∈ x J x
22 21 notbid ⊢ j = J → ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ x ∈ x j x ↔ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ x ∈ x J x
23 oveq ⊢ j = J → x j y = x J y
24 oveq ⊢ j = J → y j z = y J z
25 oveq ⊢ j = J → x j z = x J z
26 25 eleq2d ⊢ j = J → g x y comp ⁡ C z f ∈ x j z ↔ g x y comp ⁡ C z f ∈ x J z
27 24 26 raleqbidv ⊢ j = J → ∀ g ∈ y j z g x y comp ⁡ C z f ∈ x j z ↔ ∀ g ∈ y J z g x y comp ⁡ C z f ∈ x J z
28 23 27 raleqbidv ⊢ j = J → ∀ f ∈ x j y ∀ g ∈ y j z g x y comp ⁡ C z f ∈ x j z ↔ ∀ f ∈ x J y ∀ g ∈ y J z g x y comp ⁡ C z f ∈ x J z
29 28 3ralbidv ⊢ j = J → ∀ x ∈ s ∀ y ∈ s ∀ z ∈ s ∀ f ∈ x j y ∀ g ∈ y j z g x y comp ⁡ C z f ∈ x j z ↔ ∀ x ∈ s ∀ y ∈ s ∀ z ∈ s ∀ f ∈ x J y ∀ g ∈ y J z g x y comp ⁡ C z f ∈ x J z
30 22 29 anbi12d ⊢ j = J → ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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 ↔ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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
31 18 30 anbi12d ⊢ j = J → j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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 ↔ J ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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
32 17 31 anbi12d ⊢ j = J → j Fn s × s ∧ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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 ↔ J Fn s × s ∧ J ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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
33 32 exbidv ⊢ j = J → ∃ s j Fn s × s ∧ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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 ↔ ∃ s J Fn s × s ∧ J ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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
34 2 33 spcev ⊢ ∃ s J Fn s × s ∧ J ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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 → ∃ j ∃ s j Fn s × s ∧ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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
35 4 16 34 mp2b ⊢ ∃ j ∃ s j Fn s × s ∧ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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
36 fveq2 ⊢ c = C → Hom 𝑓 ⁡ c = Hom 𝑓 ⁡ C
37 36 breq2d ⊢ c = C → j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ c ↔ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C
38 fveq2 ⊢ c = C → Id ⁡ c = Id ⁡ C
39 38 fveq1d ⊢ c = C → Id ⁡ c ⁡ x = Id ⁡ C ⁡ x
40 39 eleq1d ⊢ c = C → Id ⁡ c ⁡ x ∈ x j x ↔ Id ⁡ C ⁡ x ∈ x j x
41 40 ralbidv ⊢ c = C → ∀ x ∈ s Id ⁡ c ⁡ x ∈ x j x ↔ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ x ∈ x j x
42 41 notbid ⊢ c = C → ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ c ⁡ x ∈ x j x ↔ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ x ∈ x j x
43 fveq2 ⊢ c = C → comp ⁡ c = comp ⁡ C
44 43 oveqd ⊢ c = C → x y comp ⁡ c z = x y comp ⁡ C z
45 44 oveqd ⊢ c = C → g x y comp ⁡ c z f = g x y comp ⁡ C z f
46 45 eleq1d ⊢ c = C → g x y comp ⁡ c z f ∈ x j z ↔ g x y comp ⁡ C z f ∈ x j z
47 46 ralbidv ⊢ c = C → ∀ g ∈ y j z g x y comp ⁡ c z f ∈ x j z ↔ ∀ g ∈ y j z g x y comp ⁡ C z f ∈ x j z
48 47 4ralbidv ⊢ c = C → ∀ x ∈ s ∀ y ∈ s ∀ z ∈ s ∀ f ∈ x j y ∀ g ∈ y j z g x y comp ⁡ c z f ∈ x j z ↔ ∀ 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 42 48 anbi12d ⊢ c = C → ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ c ⁡ 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 ↔ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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
50 37 49 anbi12d ⊢ c = C → j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ c ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ c ⁡ 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 ↔ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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
51 50 anbi2d ⊢ c = C → j Fn s × s ∧ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ c ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ c ⁡ 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 ↔ j Fn s × s ∧ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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
52 51 2exbidv ⊢ c = C → ∃ j ∃ s j Fn s × s ∧ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ c ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ c ⁡ 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 ↔ ∃ j ∃ s j Fn s × s ∧ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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
53 52 rspcev ⊢ C ∈ Cat ∧ ∃ j ∃ s j Fn s × s ∧ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ C ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ C ⁡ 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 → ∃ c ∈ Cat ∃ j ∃ s j Fn s × s ∧ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ c ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ c ⁡ 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 1 35 53 mp2an ⊢ ∃ c ∈ Cat ∃ j ∃ s j Fn s × s ∧ j ⊆ cat Hom 𝑓 ⁡ c ∧ ¬ ∀ x ∈ s Id ⁡ c ⁡ 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