Metamath Proof Explorer


Theorem catlid

Description: Left identity property of an identity arrow. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Jan-2017)

Ref Expression
Hypotheses catidcl.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ถ )
catidcl.h โŠข ๐ป = ( Hom โ€˜ ๐ถ )
catidcl.i โŠข 1 = ( Id โ€˜ ๐ถ )
catidcl.c โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ Cat )
catidcl.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐ต )
catlid.o โŠข ยท = ( comp โ€˜ ๐ถ )
catlid.y โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Œ โˆˆ ๐ต )
catlid.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ ( ๐‘‹ ๐ป ๐‘Œ ) )
Assertion catlid ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘‹ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐น ) = ๐น )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 catidcl.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ถ )
2 catidcl.h โŠข ๐ป = ( Hom โ€˜ ๐ถ )
3 catidcl.i โŠข 1 = ( Id โ€˜ ๐ถ )
4 catidcl.c โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ Cat )
5 catidcl.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐ต )
6 catlid.o โŠข ยท = ( comp โ€˜ ๐ถ )
7 catlid.y โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Œ โˆˆ ๐ต )
8 catlid.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ ( ๐‘‹ ๐ป ๐‘Œ ) )
9 oveq2 โŠข ( ๐‘“ = ๐น โ†’ ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘‹ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘‹ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐น ) )
10 id โŠข ( ๐‘“ = ๐น โ†’ ๐‘“ = ๐น )
11 9 10 eqeq12d โŠข ( ๐‘“ = ๐น โ†’ ( ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘‹ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โ†” ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘‹ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐น ) = ๐น ) )
12 oveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘‹ โ†’ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) = ( ๐‘‹ ๐ป ๐‘Œ ) )
13 opeq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘‹ โ†’ โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ = โŸจ ๐‘‹ , ๐‘Œ โŸฉ )
14 13 oveq1d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘‹ โ†’ ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) = ( โŸจ ๐‘‹ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) )
15 14 oveqd โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘‹ โ†’ ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘‹ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) )
16 15 eqeq1d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘‹ โ†’ ( ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โ†” ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘‹ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ ) )
17 12 16 raleqbidv โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘‹ โ†’ ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โ†” โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘‹ ๐ป ๐‘Œ ) ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘‹ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ ) )
18 simpl โŠข ( ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โˆง โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘ฅ ) ( ๐‘“ ( โŸจ ๐‘Œ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘ฅ ) ๐‘” ) = ๐‘“ ) โ†’ โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ )
19 18 ralimi โŠข ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โˆง โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘ฅ ) ( ๐‘“ ( โŸจ ๐‘Œ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘ฅ ) ๐‘” ) = ๐‘“ ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ )
20 19 a1i โŠข ( ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โˆง โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘ฅ ) ( ๐‘“ ( โŸจ ๐‘Œ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘ฅ ) ๐‘” ) = ๐‘“ ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ ) )
21 20 ss2rabi โŠข { ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โˆง โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘ฅ ) ( ๐‘“ ( โŸจ ๐‘Œ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘ฅ ) ๐‘” ) = ๐‘“ ) } โІ { ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ }
22 1 2 6 4 3 7 cidval โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) = ( โ„ฉ ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โˆง โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘ฅ ) ( ๐‘“ ( โŸจ ๐‘Œ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘ฅ ) ๐‘” ) = ๐‘“ ) ) )
23 1 2 6 4 7 catideu โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ! ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โˆง โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘ฅ ) ( ๐‘“ ( โŸจ ๐‘Œ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘ฅ ) ๐‘” ) = ๐‘“ ) )
24 riotacl2 โŠข ( โˆƒ! ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โˆง โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘ฅ ) ( ๐‘“ ( โŸจ ๐‘Œ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘ฅ ) ๐‘” ) = ๐‘“ ) โ†’ ( โ„ฉ ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โˆง โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘ฅ ) ( ๐‘“ ( โŸจ ๐‘Œ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘ฅ ) ๐‘” ) = ๐‘“ ) ) โˆˆ { ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โˆง โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘ฅ ) ( ๐‘“ ( โŸจ ๐‘Œ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘ฅ ) ๐‘” ) = ๐‘“ ) } )
25 23 24 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„ฉ ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โˆง โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘ฅ ) ( ๐‘“ ( โŸจ ๐‘Œ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘ฅ ) ๐‘” ) = ๐‘“ ) ) โˆˆ { ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โˆง โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘ฅ ) ( ๐‘“ ( โŸจ ๐‘Œ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘ฅ ) ๐‘” ) = ๐‘“ ) } )
26 22 25 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) โˆˆ { ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต ( โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โˆง โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘ฅ ) ( ๐‘“ ( โŸจ ๐‘Œ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘ฅ ) ๐‘” ) = ๐‘“ ) } )
27 21 26 sselid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) โˆˆ { ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ } )
28 oveq1 โŠข ( ๐‘” = ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) โ†’ ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) )
29 28 eqeq1d โŠข ( ๐‘” = ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) โ†’ ( ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โ†” ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ ) )
30 29 2ralbidv โŠข ( ๐‘” = ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ ) )
31 30 elrab โŠข ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) โˆˆ { ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ } โ†” ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ ) )
32 31 simprbi โŠข ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) โˆˆ { ๐‘” โˆˆ ( ๐‘Œ ๐ป ๐‘Œ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ๐‘” ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ } โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ )
33 27 32 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ฅ ๐ป ๐‘Œ ) ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘ฅ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ )
34 17 33 5 rspcdva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘‹ ๐ป ๐‘Œ ) ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘‹ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐‘“ ) = ๐‘“ )
35 11 34 8 rspcdva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 1 โ€˜ ๐‘Œ ) ( โŸจ ๐‘‹ , ๐‘Œ โŸฉ ยท ๐‘Œ ) ๐น ) = ๐น )