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Theorem cofidf2a

Description: If " F is a section of G " in a category of small categories (in a universe), then the morphism part of F is injective, and the morphism part of G is surjective in the image of F . (Contributed by Zhi Wang, 15-Nov-2025)

Ref Expression
Hypotheses cofidvala.i ⊢ I = id func ⁡ D
cofidvala.b ⊢ B = Base D
cofidvala.f ⊢ φ → F ∈ D Func E
cofidvala.g ⊢ φ → G ∈ E Func D
cofidvala.o ⊢ φ → G ∘ func F = I
cofidvala.h ⊢ H = Hom ⁡ D
cofidf2a.j ⊢ J = Hom ⁡ E
cofidf2a.x ⊢ φ → X ∈ B
cofidf2a.y ⊢ φ → Y ∈ B
Assertion cofidf2a ⊢ φ → X 2 nd ⁡ F Y : X H Y ⟶ 1-1 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y ∧ 1 st ⁡ F ⁡ X 2 nd ⁡ G 1 st ⁡ F ⁡ Y : 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y ⟶ onto X H Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cofidvala.i ⊢ I = id func ⁡ D
2 cofidvala.b ⊢ B = Base D
3 cofidvala.f ⊢ φ → F ∈ D Func E
4 cofidvala.g ⊢ φ → G ∈ E Func D
5 cofidvala.o ⊢ φ → G ∘ func F = I
6 cofidvala.h ⊢ H = Hom ⁡ D
7 cofidf2a.j ⊢ J = Hom ⁡ E
8 cofidf2a.x ⊢ φ → X ∈ B
9 cofidf2a.y ⊢ φ → Y ∈ B
10 3 func1st2nd ⊢ φ → 1 st ⁡ F D Func E 2 nd ⁡ F
11 2 6 7 10 8 9 funcf2 ⊢ φ → X 2 nd ⁡ F Y : X H Y ⟶ 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y
12 5 fveq2d ⊢ φ → 2 nd ⁡ G ∘ func F = 2 nd ⁡ I
13 12 oveqd ⊢ φ → X 2 nd ⁡ G ∘ func F Y = X 2 nd ⁡ I Y
14 2 3 4 8 9 cofu2nd ⊢ φ → X 2 nd ⁡ G ∘ func F Y = 1 st ⁡ F ⁡ X 2 nd ⁡ G 1 st ⁡ F ⁡ Y ∘ X 2 nd ⁡ F Y
15 10 funcrcl2 ⊢ φ → D ∈ Cat
16 1 2 15 6 8 9 idfu2nd ⊢ φ → X 2 nd ⁡ I Y = I ↾ X H Y
17 13 14 16 3eqtr3d ⊢ φ → 1 st ⁡ F ⁡ X 2 nd ⁡ G 1 st ⁡ F ⁡ Y ∘ X 2 nd ⁡ F Y = I ↾ X H Y
18 fcof1 ⊢ X 2 nd ⁡ F Y : X H Y ⟶ 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y ∧ 1 st ⁡ F ⁡ X 2 nd ⁡ G 1 st ⁡ F ⁡ Y ∘ X 2 nd ⁡ F Y = I ↾ X H Y → X 2 nd ⁡ F Y : X H Y ⟶ 1-1 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y
19 11 17 18 syl2anc ⊢ φ → X 2 nd ⁡ F Y : X H Y ⟶ 1-1 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y
20 1 2 8 3 4 5 cofid1a ⊢ φ → 1 st ⁡ G ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ X = X
21 1 2 9 3 4 5 cofid1a ⊢ φ → 1 st ⁡ G ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ Y = Y
22 20 21 oveq12d ⊢ φ → 1 st ⁡ G ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ X H 1 st ⁡ G ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ Y = X H Y
23 eqid ⊢ Base E = Base E
24 4 func1st2nd ⊢ φ → 1 st ⁡ G E Func D 2 nd ⁡ G
25 2 23 10 funcf1 ⊢ φ → 1 st ⁡ F : B ⟶ Base E
26 25 8 ffvelcdmd ⊢ φ → 1 st ⁡ F ⁡ X ∈ Base E
27 25 9 ffvelcdmd ⊢ φ → 1 st ⁡ F ⁡ Y ∈ Base E
28 23 7 6 24 26 27 funcf2 ⊢ φ → 1 st ⁡ F ⁡ X 2 nd ⁡ G 1 st ⁡ F ⁡ Y : 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y ⟶ 1 st ⁡ G ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ X H 1 st ⁡ G ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ Y
29 22 28 feq3dd ⊢ φ → 1 st ⁡ F ⁡ X 2 nd ⁡ G 1 st ⁡ F ⁡ Y : 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y ⟶ X H Y
30 fcofo ⊢ 1 st ⁡ F ⁡ X 2 nd ⁡ G 1 st ⁡ F ⁡ Y : 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y ⟶ X H Y ∧ X 2 nd ⁡ F Y : X H Y ⟶ 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y ∧ 1 st ⁡ F ⁡ X 2 nd ⁡ G 1 st ⁡ F ⁡ Y ∘ X 2 nd ⁡ F Y = I ↾ X H Y → 1 st ⁡ F ⁡ X 2 nd ⁡ G 1 st ⁡ F ⁡ Y : 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y ⟶ onto X H Y
31 29 11 17 30 syl3anc ⊢ φ → 1 st ⁡ F ⁡ X 2 nd ⁡ G 1 st ⁡ F ⁡ Y : 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y ⟶ onto X H Y
32 19 31 jca ⊢ φ → X 2 nd ⁡ F Y : X H Y ⟶ 1-1 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y ∧ 1 st ⁡ F ⁡ X 2 nd ⁡ G 1 st ⁡ F ⁡ Y : 1 st ⁡ F ⁡ X J 1 st ⁡ F ⁡ Y ⟶ onto X H Y