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Theorem ssccatid

Description: A category C restricted by J is a category if all of the following are satisfied: a) the base is a subset of base of C , b) all hom-sets are subsets of hom-sets of C , c) it has identity morphisms for all objects, d) the composition under C is closed in J . But J might not be a subcategory of C (see cnelsubc ). (Contributed by Zhi Wang, 6-Nov-2025)

Ref Expression
Hypotheses ssccatid.h ⊢ H = Hom 𝑓 ⁡ C
ssccatid.d ⊢ D = C ↾ cat J
ssccatid.x ⊢ · ˙ = comp ⁡ C
ssccatid.j ⊢ φ → J ⊆ cat H
ssccatid.f ⊢ φ → J Fn S × S
ssccatid.c ⊢ φ → C ∈ Cat
ssccatid.i ⊢ φ ∧ y ∈ S → 1 ˙ ∈ y J y
ssccatid.l ⊢ φ ∧ a ∈ S ∧ b ∈ S ∧ m ∈ a J b → 1 ˙ a b · ˙ b m = m
ssccatid.r ⊢ φ ∧ a ∈ S ∧ b ∈ S ∧ m ∈ a J b → m a a · ˙ b 1 ˙ = m
ssccatid.1 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z → g x y · ˙ z f ∈ x J z
Assertion ssccatid ⊢ φ → D ∈ Cat ∧ Id ⁡ D = y ∈ S ⟼ 1 ˙

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ssccatid.h ⊢ H = Hom 𝑓 ⁡ C
2 ssccatid.d ⊢ D = C ↾ cat J
3 ssccatid.x ⊢ · ˙ = comp ⁡ C
4 ssccatid.j ⊢ φ → J ⊆ cat H
5 ssccatid.f ⊢ φ → J Fn S × S
6 ssccatid.c ⊢ φ → C ∈ Cat
7 ssccatid.i ⊢ φ ∧ y ∈ S → 1 ˙ ∈ y J y
8 ssccatid.l ⊢ φ ∧ a ∈ S ∧ b ∈ S ∧ m ∈ a J b → 1 ˙ a b · ˙ b m = m
9 ssccatid.r ⊢ φ ∧ a ∈ S ∧ b ∈ S ∧ m ∈ a J b → m a a · ˙ b 1 ˙ = m
10 ssccatid.1 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z → g x y · ˙ z f ∈ x J z
11 eqid ⊢ Base C = Base C
12 1 11 homffn ⊢ H Fn Base C × Base C
13 12 a1i ⊢ φ → H Fn Base C × Base C
14 5 13 4 ssc1 ⊢ φ → S ⊆ Base C
15 2 11 6 5 14 rescbas ⊢ φ → S = Base D
16 2 11 6 5 14 reschom ⊢ φ → J = Hom ⁡ D
17 2 11 6 5 14 3 rescco ⊢ φ → · ˙ = comp ⁡ D
18 2 ovexi ⊢ D ∈ V
19 18 a1i ⊢ φ → D ∈ V
20 biid ⊢ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w ↔ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w
21 oveq2 ⊢ m = f → 1 ˙ x y · ˙ y m = 1 ˙ x y · ˙ y f
22 id ⊢ m = f → m = f
23 21 22 eqeq12d ⊢ m = f → 1 ˙ x y · ˙ y m = m ↔ 1 ˙ x y · ˙ y f = f
24 oveq1 ⊢ a = x → a J b = x J b
25 opeq1 ⊢ a = x → a b = x b
26 25 oveq1d ⊢ a = x → a b · ˙ b = x b · ˙ b
27 26 oveqd ⊢ a = x → 1 ˙ a b · ˙ b m = 1 ˙ x b · ˙ b m
28 27 eqeq1d ⊢ a = x → 1 ˙ a b · ˙ b m = m ↔ 1 ˙ x b · ˙ b m = m
29 24 28 raleqbidv ⊢ a = x → ∀ m ∈ a J b 1 ˙ a b · ˙ b m = m ↔ ∀ m ∈ x J b 1 ˙ x b · ˙ b m = m
30 oveq2 ⊢ b = y → x J b = x J y
31 opeq2 ⊢ b = y → x b = x y
32 id ⊢ b = y → b = y
33 31 32 oveq12d ⊢ b = y → x b · ˙ b = x y · ˙ y
34 33 oveqd ⊢ b = y → 1 ˙ x b · ˙ b m = 1 ˙ x y · ˙ y m
35 34 eqeq1d ⊢ b = y → 1 ˙ x b · ˙ b m = m ↔ 1 ˙ x y · ˙ y m = m
36 30 35 raleqbidv ⊢ b = y → ∀ m ∈ x J b 1 ˙ x b · ˙ b m = m ↔ ∀ m ∈ x J y 1 ˙ x y · ˙ y m = m
37 8 ralrimivvva ⊢ φ → ∀ a ∈ S ∀ b ∈ S ∀ m ∈ a J b 1 ˙ a b · ˙ b m = m
38 37 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → ∀ a ∈ S ∀ b ∈ S ∀ m ∈ a J b 1 ˙ a b · ˙ b m = m
39 simpr1l ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → x ∈ S
40 simpr1r ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → y ∈ S
41 29 36 38 39 40 rspc2dv ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → ∀ m ∈ x J y 1 ˙ x y · ˙ y m = m
42 simpr31 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → f ∈ x J y
43 23 41 42 rspcdva ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → 1 ˙ x y · ˙ y f = f
44 oveq1 ⊢ m = g → m y y · ˙ z 1 ˙ = g y y · ˙ z 1 ˙
45 id ⊢ m = g → m = g
46 44 45 eqeq12d ⊢ m = g → m y y · ˙ z 1 ˙ = m ↔ g y y · ˙ z 1 ˙ = g
47 oveq1 ⊢ a = y → a J b = y J b
48 id ⊢ a = y → a = y
49 48 48 opeq12d ⊢ a = y → a a = y y
50 49 oveq1d ⊢ a = y → a a · ˙ b = y y · ˙ b
51 50 oveqd ⊢ a = y → m a a · ˙ b 1 ˙ = m y y · ˙ b 1 ˙
52 51 eqeq1d ⊢ a = y → m a a · ˙ b 1 ˙ = m ↔ m y y · ˙ b 1 ˙ = m
53 47 52 raleqbidv ⊢ a = y → ∀ m ∈ a J b m a a · ˙ b 1 ˙ = m ↔ ∀ m ∈ y J b m y y · ˙ b 1 ˙ = m
54 oveq2 ⊢ b = z → y J b = y J z
55 oveq2 ⊢ b = z → y y · ˙ b = y y · ˙ z
56 55 oveqd ⊢ b = z → m y y · ˙ b 1 ˙ = m y y · ˙ z 1 ˙
57 56 eqeq1d ⊢ b = z → m y y · ˙ b 1 ˙ = m ↔ m y y · ˙ z 1 ˙ = m
58 54 57 raleqbidv ⊢ b = z → ∀ m ∈ y J b m y y · ˙ b 1 ˙ = m ↔ ∀ m ∈ y J z m y y · ˙ z 1 ˙ = m
59 9 ralrimivvva ⊢ φ → ∀ a ∈ S ∀ b ∈ S ∀ m ∈ a J b m a a · ˙ b 1 ˙ = m
60 59 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → ∀ a ∈ S ∀ b ∈ S ∀ m ∈ a J b m a a · ˙ b 1 ˙ = m
61 simpr2l ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → z ∈ S
62 53 58 60 40 61 rspc2dv ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → ∀ m ∈ y J z m y y · ˙ z 1 ˙ = m
63 simpr32 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → g ∈ y J z
64 46 62 63 rspcdva ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → g y y · ˙ z 1 ˙ = g
65 simpl ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → φ
66 65 39 40 61 42 63 10 syl132anc ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → g x y · ˙ z f ∈ x J z
67 eqid ⊢ Hom ⁡ C = Hom ⁡ C
68 6 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → C ∈ Cat
69 14 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → S ⊆ Base C
70 69 39 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → x ∈ Base C
71 69 40 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → y ∈ Base C
72 69 61 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → z ∈ Base C
73 5 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → J Fn S × S
74 4 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → J ⊆ cat H
75 73 74 39 40 ssc2 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → x J y ⊆ x H y
76 75 42 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → f ∈ x H y
77 1 11 67 70 71 homfval ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → x H y = x Hom ⁡ C y
78 76 77 eleqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → f ∈ x Hom ⁡ C y
79 73 74 40 61 ssc2 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → y J z ⊆ y H z
80 79 63 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → g ∈ y H z
81 1 11 67 71 72 homfval ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → y H z = y Hom ⁡ C z
82 80 81 eleqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → g ∈ y Hom ⁡ C z
83 simpr2r ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → w ∈ S
84 69 83 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → w ∈ Base C
85 73 74 61 83 ssc2 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → z J w ⊆ z H w
86 simpr33 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → k ∈ z J w
87 85 86 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → k ∈ z H w
88 1 11 67 72 84 homfval ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → z H w = z Hom ⁡ C w
89 87 88 eleqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → k ∈ z Hom ⁡ C w
90 11 67 3 68 70 71 72 78 82 84 89 catass ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S ∧ f ∈ x J y ∧ g ∈ y J z ∧ k ∈ z J w → k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
91 15 16 17 19 20 7 43 64 66 90 iscatd2 ⊢ φ → D ∈ Cat ∧ Id ⁡ D = y ∈ S ⟼ 1 ˙