Metamath Proof Explorer


Theorem isnat

Description: Property of being a natural transformation. (Contributed by Mario Carneiro, 6-Jan-2017)

Ref Expression
Hypotheses natfval.1 ⊢ N = C Nat D
natfval.b ⊢ B = Base C
natfval.h ⊢ H = Hom ⁡ C
natfval.j ⊢ J = Hom ⁡ D
natfval.o ⊢ · ˙ = comp ⁡ D
isnat.f ⊢ φ → F C Func D G
isnat.g ⊢ φ → K C Func D L
Assertion isnat ⊢ φ → A ∈ F G N K L ↔ A ∈ ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y A ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y A ⁡ x

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 natfval.1 ⊢ N = C Nat D
2 natfval.b ⊢ B = Base C
3 natfval.h ⊢ H = Hom ⁡ C
4 natfval.j ⊢ J = Hom ⁡ D
5 natfval.o ⊢ · ˙ = comp ⁡ D
6 isnat.f ⊢ φ → F C Func D G
7 isnat.g ⊢ φ → K C Func D L
8 1 2 3 4 5 natfval ⊢ N = f ∈ C Func D , g ∈ C Func D ⟼ ⦋ 1 st ⁡ f / r⦌ ⦋ 1 st ⁡ g / s⦌ a ∈ ⨉ x ∈ B r ⁡ x J s ⁡ x | ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y · ˙ s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x · ˙ s ⁡ y a ⁡ x
9 8 a1i ⊢ φ → N = f ∈ C Func D , g ∈ C Func D ⟼ ⦋ 1 st ⁡ f / r⦌ ⦋ 1 st ⁡ g / s⦌ a ∈ ⨉ x ∈ B r ⁡ x J s ⁡ x | ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y · ˙ s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x · ˙ s ⁡ y a ⁡ x
10 fvexd ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L → 1 st ⁡ f ∈ V
11 simprl ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L → f = F G
12 11 fveq2d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L → 1 st ⁡ f = 1 st ⁡ F G
13 relfunc ⊢ Rel ⁡ C Func D
14 brrelex12 ⊢ Rel ⁡ C Func D ∧ F C Func D G → F ∈ V ∧ G ∈ V
15 13 6 14 sylancr ⊢ φ → F ∈ V ∧ G ∈ V
16 op1stg ⊢ F ∈ V ∧ G ∈ V → 1 st ⁡ F G = F
17 15 16 syl ⊢ φ → 1 st ⁡ F G = F
18 17 adantr ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L → 1 st ⁡ F G = F
19 12 18 eqtrd ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L → 1 st ⁡ f = F
20 fvexd ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F → 1 st ⁡ g ∈ V
21 simplrr ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F → g = K L
22 21 fveq2d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F → 1 st ⁡ g = 1 st ⁡ K L
23 brrelex12 ⊢ Rel ⁡ C Func D ∧ K C Func D L → K ∈ V ∧ L ∈ V
24 13 7 23 sylancr ⊢ φ → K ∈ V ∧ L ∈ V
25 op1stg ⊢ K ∈ V ∧ L ∈ V → 1 st ⁡ K L = K
26 24 25 syl ⊢ φ → 1 st ⁡ K L = K
27 26 ad2antrr ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F → 1 st ⁡ K L = K
28 22 27 eqtrd ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F → 1 st ⁡ g = K
29 simplr ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → r = F
30 29 fveq1d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → r ⁡ x = F ⁡ x
31 simpr ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → s = K
32 31 fveq1d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → s ⁡ x = K ⁡ x
33 30 32 oveq12d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → r ⁡ x J s ⁡ x = F ⁡ x J K ⁡ x
34 33 ixpeq2dv ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → ⨉ x ∈ B r ⁡ x J s ⁡ x = ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x
35 29 fveq1d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → r ⁡ y = F ⁡ y
36 30 35 opeq12d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → r ⁡ x r ⁡ y = F ⁡ x F ⁡ y
37 31 fveq1d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → s ⁡ y = K ⁡ y
38 36 37 oveq12d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → r ⁡ x r ⁡ y · ˙ s ⁡ y = F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y
39 eqidd ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → a ⁡ y = a ⁡ y
40 11 ad2antrr ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → f = F G
41 40 fveq2d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → 2 nd ⁡ f = 2 nd ⁡ F G
42 op2ndg ⊢ F ∈ V ∧ G ∈ V → 2 nd ⁡ F G = G
43 15 42 syl ⊢ φ → 2 nd ⁡ F G = G
44 43 ad3antrrr ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → 2 nd ⁡ F G = G
45 41 44 eqtrd ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → 2 nd ⁡ f = G
46 45 oveqd ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → x 2 nd ⁡ f y = x G y
47 46 fveq1d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x G y ⁡ h
48 38 39 47 oveq123d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y · ˙ s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h
49 30 32 opeq12d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → r ⁡ x s ⁡ x = F ⁡ x K ⁡ x
50 49 37 oveq12d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → r ⁡ x s ⁡ x · ˙ s ⁡ y = F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y
51 21 adantr ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → g = K L
52 51 fveq2d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → 2 nd ⁡ g = 2 nd ⁡ K L
53 op2ndg ⊢ K ∈ V ∧ L ∈ V → 2 nd ⁡ K L = L
54 24 53 syl ⊢ φ → 2 nd ⁡ K L = L
55 54 ad3antrrr ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → 2 nd ⁡ K L = L
56 52 55 eqtrd ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → 2 nd ⁡ g = L
57 56 oveqd ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → x 2 nd ⁡ g y = x L y
58 57 fveq1d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → x 2 nd ⁡ g y ⁡ h = x L y ⁡ h
59 eqidd ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → a ⁡ x = a ⁡ x
60 50 58 59 oveq123d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x · ˙ s ⁡ y a ⁡ x = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x
61 48 60 eqeq12d ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y · ˙ s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x · ˙ s ⁡ y a ⁡ x ↔ a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x
62 61 ralbidv ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → ∀ h ∈ x H y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y · ˙ s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x · ˙ s ⁡ y a ⁡ x ↔ ∀ h ∈ x H y a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x
63 62 2ralbidv ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y · ˙ s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x · ˙ s ⁡ y a ⁡ x ↔ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x
64 34 63 rabeqbidv ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F ∧ s = K → a ∈ ⨉ x ∈ B r ⁡ x J s ⁡ x | ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y · ˙ s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x · ˙ s ⁡ y a ⁡ x = a ∈ ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x | ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x
65 20 28 64 csbied2 ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L ∧ r = F → ⦋ 1 st ⁡ g / s⦌ a ∈ ⨉ x ∈ B r ⁡ x J s ⁡ x | ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y · ˙ s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x · ˙ s ⁡ y a ⁡ x = a ∈ ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x | ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x
66 10 19 65 csbied2 ⊢ φ ∧ f = F G ∧ g = K L → ⦋ 1 st ⁡ f / r⦌ ⦋ 1 st ⁡ g / s⦌ a ∈ ⨉ x ∈ B r ⁡ x J s ⁡ x | ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y · ˙ s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x · ˙ s ⁡ y a ⁡ x = a ∈ ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x | ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x
67 df-br ⊢ F C Func D G ↔ F G ∈ C Func D
68 6 67 sylib ⊢ φ → F G ∈ C Func D
69 df-br ⊢ K C Func D L ↔ K L ∈ C Func D
70 7 69 sylib ⊢ φ → K L ∈ C Func D
71 ovex ⊢ F ⁡ x J K ⁡ x ∈ V
72 71 rgenw ⊢ ∀ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x ∈ V
73 ixpexg ⊢ ∀ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x ∈ V → ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x ∈ V
74 72 73 ax-mp ⊢ ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x ∈ V
75 74 rabex ⊢ a ∈ ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x | ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x ∈ V
76 75 a1i ⊢ φ → a ∈ ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x | ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x ∈ V
77 9 66 68 70 76 ovmpod ⊢ φ → F G N K L = a ∈ ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x | ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x
78 77 eleq2d ⊢ φ → A ∈ F G N K L ↔ A ∈ a ∈ ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x | ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x
79 fveq1 ⊢ a = A → a ⁡ y = A ⁡ y
80 79 oveq1d ⊢ a = A → a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = A ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h
81 fveq1 ⊢ a = A → a ⁡ x = A ⁡ x
82 81 oveq2d ⊢ a = A → x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y A ⁡ x
83 80 82 eqeq12d ⊢ a = A → a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x ↔ A ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y A ⁡ x
84 83 ralbidv ⊢ a = A → ∀ h ∈ x H y a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x ↔ ∀ h ∈ x H y A ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y A ⁡ x
85 84 2ralbidv ⊢ a = A → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x ↔ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y A ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y A ⁡ x
86 85 elrab ⊢ A ∈ a ∈ ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x | ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y a ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y a ⁡ x ↔ A ∈ ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y A ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y A ⁡ x
87 78 86 bitrdi ⊢ φ → A ∈ F G N K L ↔ A ∈ ⨉ x ∈ B F ⁡ x J K ⁡ x ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∀ h ∈ x H y A ⁡ y F ⁡ x F ⁡ y · ˙ K ⁡ y x G y ⁡ h = x L y ⁡ h F ⁡ x K ⁡ x · ˙ K ⁡ y A ⁡ x