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Theorem fucidcl

Description: The identity natural transformation. (Contributed by Mario Carneiro, 6-Jan-2017)

Ref Expression
Hypotheses fucidcl.q ⊢ Q = C FuncCat D
fucidcl.n ⊢ N = C Nat D
fucidcl.x ⊢ 1 ˙ = Id ⁡ D
fucidcl.f ⊢ φ → F ∈ C Func D
Assertion fucidcl ⊢ φ → 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ∈ F N F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fucidcl.q ⊢ Q = C FuncCat D
2 fucidcl.n ⊢ N = C Nat D
3 fucidcl.x ⊢ 1 ˙ = Id ⁡ D
4 fucidcl.f ⊢ φ → F ∈ C Func D
5 funcrcl ⊢ F ∈ C Func D → C ∈ Cat ∧ D ∈ Cat
6 4 5 syl ⊢ φ → C ∈ Cat ∧ D ∈ Cat
7 6 simprd ⊢ φ → D ∈ Cat
8 eqid ⊢ Base D = Base D
9 8 3 cidfn ⊢ D ∈ Cat → 1 ˙ Fn Base D
10 7 9 syl ⊢ φ → 1 ˙ Fn Base D
11 dffn2 ⊢ 1 ˙ Fn Base D ↔ 1 ˙ : Base D ⟶ V
12 10 11 sylib ⊢ φ → 1 ˙ : Base D ⟶ V
13 eqid ⊢ Base C = Base C
14 relfunc ⊢ Rel ⁡ C Func D
15 1st2ndbr ⊢ Rel ⁡ C Func D ∧ F ∈ C Func D → 1 st ⁡ F C Func D 2 nd ⁡ F
16 14 4 15 sylancr ⊢ φ → 1 st ⁡ F C Func D 2 nd ⁡ F
17 13 8 16 funcf1 ⊢ φ → 1 st ⁡ F : Base C ⟶ Base D
18 fcompt ⊢ 1 ˙ : Base D ⟶ V ∧ 1 st ⁡ F : Base C ⟶ Base D → 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F = x ∈ Base C ⟼ 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x
19 12 17 18 syl2anc ⊢ φ → 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F = x ∈ Base C ⟼ 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x
20 eqid ⊢ Hom ⁡ D = Hom ⁡ D
21 7 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ Base C → D ∈ Cat
22 17 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ x ∈ Base C → 1 st ⁡ F ⁡ x ∈ Base D
23 8 20 3 21 22 catidcl ⊢ φ ∧ x ∈ Base C → 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x ∈ 1 st ⁡ F ⁡ x Hom ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ x
24 23 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ Base C 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x ∈ 1 st ⁡ F ⁡ x Hom ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ x
25 fvex ⊢ Base C ∈ V
26 mptelixpg ⊢ Base C ∈ V → x ∈ Base C ⟼ 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x ∈ ⨉ x ∈ Base C 1 st ⁡ F ⁡ x Hom ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ x ↔ ∀ x ∈ Base C 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x ∈ 1 st ⁡ F ⁡ x Hom ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ x
27 25 26 ax-mp ⊢ x ∈ Base C ⟼ 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x ∈ ⨉ x ∈ Base C 1 st ⁡ F ⁡ x Hom ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ x ↔ ∀ x ∈ Base C 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x ∈ 1 st ⁡ F ⁡ x Hom ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ x
28 24 27 sylibr ⊢ φ → x ∈ Base C ⟼ 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x ∈ ⨉ x ∈ Base C 1 st ⁡ F ⁡ x Hom ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ x
29 19 28 eqeltrd ⊢ φ → 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ∈ ⨉ x ∈ Base C 1 st ⁡ F ⁡ x Hom ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ x
30 7 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → D ∈ Cat
31 simpr1 ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → x ∈ Base C
32 31 22 syldan ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → 1 st ⁡ F ⁡ x ∈ Base D
33 eqid ⊢ comp ⁡ D = comp ⁡ D
34 17 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → 1 st ⁡ F : Base C ⟶ Base D
35 simpr2 ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → y ∈ Base C
36 34 35 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → 1 st ⁡ F ⁡ y ∈ Base D
37 eqid ⊢ Hom ⁡ C = Hom ⁡ C
38 16 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → 1 st ⁡ F C Func D 2 nd ⁡ F
39 13 37 20 38 31 35 funcf2 ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → x 2 nd ⁡ F y : x Hom ⁡ C y ⟶ 1 st ⁡ F ⁡ x Hom ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y
40 simpr3 ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → f ∈ x Hom ⁡ C y
41 39 40 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → x 2 nd ⁡ F y ⁡ f ∈ 1 st ⁡ F ⁡ x Hom ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y
42 8 20 3 30 32 33 36 41 catlid ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ y 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ y comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y x 2 nd ⁡ F y ⁡ f = x 2 nd ⁡ F y ⁡ f
43 8 20 3 30 32 33 36 41 catrid ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → x 2 nd ⁡ F y ⁡ f 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ x comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x = x 2 nd ⁡ F y ⁡ f
44 42 43 eqtr4d ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ y 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ y comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y x 2 nd ⁡ F y ⁡ f = x 2 nd ⁡ F y ⁡ f 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ x comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x
45 fvco3 ⊢ 1 st ⁡ F : Base C ⟶ Base D ∧ y ∈ Base C → 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ⁡ y = 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ y
46 34 35 45 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ⁡ y = 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ y
47 46 oveq1d ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ⁡ y 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ y comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y x 2 nd ⁡ F y ⁡ f = 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ y 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ y comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y x 2 nd ⁡ F y ⁡ f
48 fvco3 ⊢ 1 st ⁡ F : Base C ⟶ Base D ∧ x ∈ Base C → 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ⁡ x = 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x
49 34 31 48 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ⁡ x = 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x
50 49 oveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → x 2 nd ⁡ F y ⁡ f 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ x comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ⁡ x = x 2 nd ⁡ F y ⁡ f 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ x comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y 1 ˙ ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ x
51 44 47 50 3eqtr4d ⊢ φ ∧ x ∈ Base C ∧ y ∈ Base C ∧ f ∈ x Hom ⁡ C y → 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ⁡ y 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ y comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y x 2 nd ⁡ F y ⁡ f = x 2 nd ⁡ F y ⁡ f 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ x comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ⁡ x
52 51 ralrimivvva ⊢ φ → ∀ x ∈ Base C ∀ y ∈ Base C ∀ f ∈ x Hom ⁡ C y 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ⁡ y 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ y comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y x 2 nd ⁡ F y ⁡ f = x 2 nd ⁡ F y ⁡ f 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ x comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ⁡ x
53 2 13 37 20 33 4 4 isnat2 ⊢ φ → 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ∈ F N F ↔ 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ∈ ⨉ x ∈ Base C 1 st ⁡ F ⁡ x Hom ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ x ∧ ∀ x ∈ Base C ∀ y ∈ Base C ∀ f ∈ x Hom ⁡ C y 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ⁡ y 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ y comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y x 2 nd ⁡ F y ⁡ f = x 2 nd ⁡ F y ⁡ f 1 st ⁡ F ⁡ x 1 st ⁡ F ⁡ x comp ⁡ D 1 st ⁡ F ⁡ y 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ⁡ x
54 29 52 53 mpbir2and ⊢ φ → 1 ˙ ∘ 1 st ⁡ F ∈ F N F