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Theorem natfval

Description: Value of the function giving natural transformations between two categories. (Contributed by Mario Carneiro, 6-Jan-2017) (Proof shortened by AV, 1-Mar-2024)

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
Assertion 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

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 oveq12 ⊢ t = C ∧ u = D → t Func u = C Func D
7 simpl ⊢ t = C ∧ u = D → t = C
8 7 fveq2d ⊢ t = C ∧ u = D → Base t = Base C
9 8 2 eqtr4di ⊢ t = C ∧ u = D → Base t = B
10 9 ixpeq1d ⊢ t = C ∧ u = D → ⨉ x ∈ Base t r ⁡ x Hom ⁡ u s ⁡ x = ⨉ x ∈ B r ⁡ x Hom ⁡ u s ⁡ x
11 simpr ⊢ t = C ∧ u = D → u = D
12 11 fveq2d ⊢ t = C ∧ u = D → Hom ⁡ u = Hom ⁡ D
13 12 4 eqtr4di ⊢ t = C ∧ u = D → Hom ⁡ u = J
14 13 oveqd ⊢ t = C ∧ u = D → r ⁡ x Hom ⁡ u s ⁡ x = r ⁡ x J s ⁡ x
15 14 ixpeq2dv ⊢ t = C ∧ u = D → ⨉ x ∈ B r ⁡ x Hom ⁡ u s ⁡ x = ⨉ x ∈ B r ⁡ x J s ⁡ x
16 10 15 eqtrd ⊢ t = C ∧ u = D → ⨉ x ∈ Base t r ⁡ x Hom ⁡ u s ⁡ x = ⨉ x ∈ B r ⁡ x J s ⁡ x
17 7 fveq2d ⊢ t = C ∧ u = D → Hom ⁡ t = Hom ⁡ C
18 17 3 eqtr4di ⊢ t = C ∧ u = D → Hom ⁡ t = H
19 18 oveqd ⊢ t = C ∧ u = D → x Hom ⁡ t y = x H y
20 11 fveq2d ⊢ t = C ∧ u = D → comp ⁡ u = comp ⁡ D
21 20 5 eqtr4di ⊢ t = C ∧ u = D → comp ⁡ u = · ˙
22 21 oveqd ⊢ t = C ∧ u = D → r ⁡ x r ⁡ y comp ⁡ u s ⁡ y = r ⁡ x r ⁡ y · ˙ s ⁡ y
23 22 oveqd ⊢ t = C ∧ u = D → a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y comp ⁡ u s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y · ˙ s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h
24 21 oveqd ⊢ t = C ∧ u = D → r ⁡ x s ⁡ x comp ⁡ u s ⁡ y = r ⁡ x s ⁡ x · ˙ s ⁡ y
25 24 oveqd ⊢ t = C ∧ u = D → x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x comp ⁡ u s ⁡ y a ⁡ x = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x · ˙ s ⁡ y a ⁡ x
26 23 25 eqeq12d ⊢ t = C ∧ u = D → a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y comp ⁡ u s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x comp ⁡ u s ⁡ y a ⁡ x ↔ 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
27 19 26 raleqbidv ⊢ t = C ∧ u = D → ∀ h ∈ x Hom ⁡ t y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y comp ⁡ u s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x comp ⁡ u s ⁡ y a ⁡ x ↔ ∀ 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
28 9 27 raleqbidv ⊢ t = C ∧ u = D → ∀ y ∈ Base t ∀ h ∈ x Hom ⁡ t y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y comp ⁡ u s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x comp ⁡ u s ⁡ y a ⁡ x ↔ ∀ 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
29 9 28 raleqbidv ⊢ t = C ∧ u = D → ∀ x ∈ Base t ∀ y ∈ Base t ∀ h ∈ x Hom ⁡ t y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y comp ⁡ u s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x comp ⁡ u s ⁡ y a ⁡ 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
30 16 29 rabeqbidv ⊢ t = C ∧ u = D → a ∈ ⨉ x ∈ Base t r ⁡ x Hom ⁡ u s ⁡ x | ∀ x ∈ Base t ∀ y ∈ Base t ∀ h ∈ x Hom ⁡ t y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y comp ⁡ u s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x comp ⁡ u s ⁡ y a ⁡ x = 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
31 30 csbeq2dv ⊢ t = C ∧ u = D → ⦋ 1 st ⁡ g / s⦌ a ∈ ⨉ x ∈ Base t r ⁡ x Hom ⁡ u s ⁡ x | ∀ x ∈ Base t ∀ y ∈ Base t ∀ h ∈ x Hom ⁡ t y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y comp ⁡ u s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x comp ⁡ u s ⁡ y a ⁡ x = ⦋ 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
32 31 csbeq2dv ⊢ t = C ∧ u = D → ⦋ 1 st ⁡ f / r⦌ ⦋ 1 st ⁡ g / s⦌ a ∈ ⨉ x ∈ Base t r ⁡ x Hom ⁡ u s ⁡ x | ∀ x ∈ Base t ∀ y ∈ Base t ∀ h ∈ x Hom ⁡ t y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y comp ⁡ u s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x comp ⁡ u s ⁡ y a ⁡ x = ⦋ 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
33 6 6 32 mpoeq123dv ⊢ t = C ∧ u = D → f ∈ t Func u , g ∈ t Func u ⟼ ⦋ 1 st ⁡ f / r⦌ ⦋ 1 st ⁡ g / s⦌ a ∈ ⨉ x ∈ Base t r ⁡ x Hom ⁡ u s ⁡ x | ∀ x ∈ Base t ∀ y ∈ Base t ∀ h ∈ x Hom ⁡ t y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y comp ⁡ u s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x comp ⁡ u s ⁡ y a ⁡ x = 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
34 df-nat ⊢ Nat = t ∈ Cat , u ∈ Cat ⟼ f ∈ t Func u , g ∈ t Func u ⟼ ⦋ 1 st ⁡ f / r⦌ ⦋ 1 st ⁡ g / s⦌ a ∈ ⨉ x ∈ Base t r ⁡ x Hom ⁡ u s ⁡ x | ∀ x ∈ Base t ∀ y ∈ Base t ∀ h ∈ x Hom ⁡ t y a ⁡ y r ⁡ x r ⁡ y comp ⁡ u s ⁡ y x 2 nd ⁡ f y ⁡ h = x 2 nd ⁡ g y ⁡ h r ⁡ x s ⁡ x comp ⁡ u s ⁡ y a ⁡ x
35 ovex ⊢ C Func D ∈ V
36 35 35 mpoex ⊢ 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 ∈ V
37 33 34 36 ovmpoa ⊢ C ∈ Cat ∧ D ∈ Cat → C Nat D = 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
38 34 mpondm0 ⊢ ¬ C ∈ Cat ∧ D ∈ Cat → C Nat D = ∅
39 funcrcl ⊢ f ∈ C Func D → C ∈ Cat ∧ D ∈ Cat
40 39 con3i ⊢ ¬ C ∈ Cat ∧ D ∈ Cat → ¬ f ∈ C Func D
41 40 eq0rdv ⊢ ¬ C ∈ Cat ∧ D ∈ Cat → C Func D = ∅
42 41 olcd ⊢ ¬ C ∈ Cat ∧ D ∈ Cat → C Func D = ∅ ∨ C Func D = ∅
43 0mpo0 ⊢ C Func D = ∅ ∨ C Func D = ∅ → 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 = ∅
44 42 43 syl ⊢ ¬ C ∈ Cat ∧ D ∈ Cat → 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 = ∅
45 38 44 eqtr4d ⊢ ¬ C ∈ Cat ∧ D ∈ Cat → C Nat D = 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
46 37 45 pm2.61i ⊢ C Nat D = 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
47 1 46 eqtri ⊢ 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