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Theorem catass

Description: Associativity of composition in a category. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Jan-2017)

Ref Expression
Hypotheses catcocl.b B = Base C
catcocl.h H = Hom C
catcocl.o · ˙ = comp C
catcocl.c φ C Cat
catcocl.x φ X B
catcocl.y φ Y B
catcocl.z φ Z B
catcocl.f φ F X H Y
catcocl.g φ G Y H Z
catass.w φ W B
catass.g φ K Z H W
Assertion catass φ K Y Z · ˙ W G X Y · ˙ W F = K X Z · ˙ W G X Y · ˙ Z F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 catcocl.b B = Base C
2 catcocl.h H = Hom C
3 catcocl.o · ˙ = comp C
4 catcocl.c φ C Cat
5 catcocl.x φ X B
6 catcocl.y φ Y B
7 catcocl.z φ Z B
8 catcocl.f φ F X H Y
9 catcocl.g φ G Y H Z
10 catass.w φ W B
11 catass.g φ K Z H W
12 1 2 3 iscat C Cat C Cat x B g x H x y B f y H x g y x · ˙ x f = f f x H y f x x · ˙ y g = f y B z B f x H y g y H z g x y · ˙ z f x H z w B k z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
13 12 ibi C Cat x B g x H x y B f y H x g y x · ˙ x f = f f x H y f x x · ˙ y g = f y B z B f x H y g y H z g x y · ˙ z f x H z w B k z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
14 4 13 syl φ x B g x H x y B f y H x g y x · ˙ x f = f f x H y f x x · ˙ y g = f y B z B f x H y g y H z g x y · ˙ z f x H z w B k z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f
15 6 adantr φ x = X Y B
16 7 ad2antrr φ x = X y = Y Z B
17 8 ad3antrrr φ x = X y = Y z = Z F X H Y
18 simpllr φ x = X y = Y z = Z x = X
19 simplr φ x = X y = Y z = Z y = Y
20 18 19 oveq12d φ x = X y = Y z = Z x H y = X H Y
21 17 20 eleqtrrd φ x = X y = Y z = Z F x H y
22 9 ad4antr φ x = X y = Y z = Z f = F G Y H Z
23 simpllr φ x = X y = Y z = Z f = F y = Y
24 simplr φ x = X y = Y z = Z f = F z = Z
25 23 24 oveq12d φ x = X y = Y z = Z f = F y H z = Y H Z
26 22 25 eleqtrrd φ x = X y = Y z = Z f = F G y H z
27 10 ad5antr φ x = X y = Y z = Z f = F g = G W B
28 11 ad6antr φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W K Z H W
29 simp-4r φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W z = Z
30 simpr φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W w = W
31 29 30 oveq12d φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W z H w = Z H W
32 28 31 eleqtrrd φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W K z H w
33 simp-7r φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K x = X
34 simp-6r φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K y = Y
35 33 34 opeq12d φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K x y = X Y
36 simplr φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K w = W
37 35 36 oveq12d φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K x y · ˙ w = X Y · ˙ W
38 simp-5r φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K z = Z
39 34 38 opeq12d φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K y z = Y Z
40 39 36 oveq12d φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K y z · ˙ w = Y Z · ˙ W
41 simpr φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K k = K
42 simpllr φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K g = G
43 40 41 42 oveq123d φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K k y z · ˙ w g = K Y Z · ˙ W G
44 simp-4r φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K f = F
45 37 43 44 oveq123d φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = K Y Z · ˙ W G X Y · ˙ W F
46 33 38 opeq12d φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K x z = X Z
47 46 36 oveq12d φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K x z · ˙ w = X Z · ˙ W
48 35 38 oveq12d φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K x y · ˙ z = X Y · ˙ Z
49 48 42 44 oveq123d φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K g x y · ˙ z f = G X Y · ˙ Z F
50 47 41 49 oveq123d φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K k x z · ˙ w g x y · ˙ z f = K X Z · ˙ W G X Y · ˙ Z F
51 45 50 eqeq12d φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k = K k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f K Y Z · ˙ W G X Y · ˙ W F = K X Z · ˙ W G X Y · ˙ Z F
52 32 51 rspcdv φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w = W k z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f K Y Z · ˙ W G X Y · ˙ W F = K X Z · ˙ W G X Y · ˙ Z F
53 27 52 rspcimdv φ x = X y = Y z = Z f = F g = G w B k z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f K Y Z · ˙ W G X Y · ˙ W F = K X Z · ˙ W G X Y · ˙ Z F
54 53 adantld φ x = X y = Y z = Z f = F g = G g x y · ˙ z f x H z w B k z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f K Y Z · ˙ W G X Y · ˙ W F = K X Z · ˙ W G X Y · ˙ Z F
55 26 54 rspcimdv φ x = X y = Y z = Z f = F g y H z g x y · ˙ z f x H z w B k z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f K Y Z · ˙ W G X Y · ˙ W F = K X Z · ˙ W G X Y · ˙ Z F
56 21 55 rspcimdv φ x = X y = Y z = Z f x H y g y H z g x y · ˙ z f x H z w B k z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f K Y Z · ˙ W G X Y · ˙ W F = K X Z · ˙ W G X Y · ˙ Z F
57 16 56 rspcimdv φ x = X y = Y z B f x H y g y H z g x y · ˙ z f x H z w B k z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f K Y Z · ˙ W G X Y · ˙ W F = K X Z · ˙ W G X Y · ˙ Z F
58 15 57 rspcimdv φ x = X y B z B f x H y g y H z g x y · ˙ z f x H z w B k z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f K Y Z · ˙ W G X Y · ˙ W F = K X Z · ˙ W G X Y · ˙ Z F
59 58 adantld φ x = X g x H x y B f y H x g y x · ˙ x f = f f x H y f x x · ˙ y g = f y B z B f x H y g y H z g x y · ˙ z f x H z w B k z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f K Y Z · ˙ W G X Y · ˙ W F = K X Z · ˙ W G X Y · ˙ Z F
60 5 59 rspcimdv φ x B g x H x y B f y H x g y x · ˙ x f = f f x H y f x x · ˙ y g = f y B z B f x H y g y H z g x y · ˙ z f x H z w B k z H w k y z · ˙ w g x y · ˙ w f = k x z · ˙ w g x y · ˙ z f K Y Z · ˙ W G X Y · ˙ W F = K X Z · ˙ W G X Y · ˙ Z F
61 14 60 mpd φ K Y Z · ˙ W G X Y · ˙ W F = K X Z · ˙ W G X Y · ˙ Z F