make the Functor of {Pre}MonoidalFunctor a parameter rather than a field
[coq-categories.git] / src / PreMonoidalCategories.v
index 7d9699b..fdda1a5 100644 (file)
@@ -3,7 +3,7 @@ Require Import Preamble.
 Require Import Categories_ch1_3.
 Require Import Functors_ch1_4.
 Require Import Isomorphisms_ch1_5.
-Require Import ProductCategories_ch1_6_1.
+Require Import EpicMonic_ch2_1.
 Require Import InitialTerminal_ch2_2.
 Require Import Subcategories_ch7_1.
 Require Import NaturalTransformations_ch7_4.
@@ -13,19 +13,22 @@ Require Import BinoidalCategories.
 
 (* not in Awodey *)
 Class PreMonoidalCat `(bc:BinoidalCat(C:=C))(I:C) :=
-{ pmon_I          := I
-; pmon_bin        := bc
-; pmon_cat        := C
-; pmon_assoc      : forall a b, (bin_second a >>>> bin_first b) <~~~> (bin_first b >>>> bin_second a)
-; pmon_cancelr    :                               (bin_first I) <~~~> functor_id C
-; pmon_cancell    :                              (bin_second I) <~~~> functor_id C
-; pmon_pentagon   : Pentagon (fun a b c f => f ⋉ c) (fun a b c f => c ⋊ f) (fun a b c => #((pmon_assoc a c) b))
-; pmon_triangle   : Triangle (fun a b c f => f ⋉ c) (fun a b c f => c ⋊ f) (fun a b c => #((pmon_assoc a c) b))
-                             (fun a => #(pmon_cancell a)) (fun a => #(pmon_cancelr a))
-; pmon_assoc_rr   :  forall a b, (bin_first  (a⊗b)) <~~~> (bin_first  a >>>> bin_first  b)
-; pmon_assoc_ll   :  forall a b, (bin_second (a⊗b)) <~~~> (bin_second b >>>> bin_second a)
-; pmon_coherent_r :  forall a c d:C,  #(pmon_assoc_rr c d a) ~~ #(pmon_assoc a d c)⁻¹
-; pmon_coherent_l :  forall a c d:C,  #(pmon_assoc_ll c a d) ~~ #(pmon_assoc c d a)
+{ pmon_I               := I
+; pmon_bin             := bc
+; pmon_cat             := C
+; pmon_assoc           : forall a b, (bin_second a >>>> bin_first b) <~~~> (bin_first b >>>> bin_second a)
+; pmon_cancelr         :                               (bin_first I) <~~~> functor_id C
+; pmon_cancell         :                              (bin_second I) <~~~> functor_id C
+; pmon_pentagon        : Pentagon (fun a b c f => f ⋉ c) (fun a b c f => c ⋊ f) (fun a b c => #((pmon_assoc a c) b))
+; pmon_triangle        : Triangle (fun a b c f => f ⋉ c) (fun a b c f => c ⋊ f) (fun a b c => #((pmon_assoc a c) b))
+                                  (fun a => #(pmon_cancell a)) (fun a => #(pmon_cancelr a))
+; pmon_assoc_rr        :  forall a b, (bin_first  (a⊗b)) <~~~> (bin_first  a >>>> bin_first  b)
+; pmon_assoc_ll        :  forall a b, (bin_second (a⊗b)) <~~~> (bin_second b >>>> bin_second a)
+; pmon_coherent_r      :  forall a c d:C,  #(pmon_assoc_rr c d a) ~~ #(pmon_assoc a d c)⁻¹
+; pmon_coherent_l      :  forall a c d:C,  #(pmon_assoc_ll c a d) ~~ #(pmon_assoc c d a)
+; pmon_assoc_central   :  forall a b c, CentralMorphism #(pmon_assoc   a b c)
+; pmon_cancelr_central :  forall a    , CentralMorphism #(pmon_cancelr a)
+; pmon_cancell_central :  forall a    , CentralMorphism #(pmon_cancell a)
 }.
 (*
  * Premonoidal categories actually have three associators (the "f"
@@ -45,48 +48,731 @@ Class PreMonoidalCat `(bc:BinoidalCat(C:=C))(I:C) :=
  * might need extra versions of the triangle/pentagon diagrams.
  *)
 
-Implicit Arguments pmon_cancell [ Ob Hom C bin_obj' bc I ].
-Implicit Arguments pmon_cancelr [ Ob Hom C bin_obj' bc I ].
-Implicit Arguments pmon_assoc   [ Ob Hom C bin_obj' bc I ].
+Implicit Arguments pmon_cancell [ Ob Hom C bin_obj' bc I PreMonoidalCat ].
+Implicit Arguments pmon_cancelr [ Ob Hom C bin_obj' bc I PreMonoidalCat ].
+Implicit Arguments pmon_assoc   [ Ob Hom C bin_obj' bc I PreMonoidalCat ].
 Coercion pmon_bin : PreMonoidalCat >-> BinoidalCat.
 
 (* this turns out to be Exercise VII.1.1 from Mac Lane's CWM *)
-Lemma MacLane_ex_VII_1_1 `{mn:PreMonoidalCat(I:=EI)} a b
-  : #((pmon_cancelr mn) (a ⊗ b)) ~~ #((pmon_assoc mn a EI) b) >>> (a ⋊-) \ #((pmon_cancelr mn) b).
-  set (pmon_pentagon EI EI a b) as penta. unfold pmon_pentagon in penta.
-  set (pmon_triangle a b) as tria. unfold pmon_triangle in tria.
-  apply (fmor_respects(bin_second EI)) in tria.
-  set (@fmor_preserves_comp) as fpc.
-  setoid_rewrite <- fpc in tria.
-  set (ni_commutes (pmon_assoc mn a b)) as xx.
-  (* FIXME *)
-  Admitted.
+Lemma MacLane_ex_VII_1_1 `{mn:PreMonoidalCat(I:=EI)} b a
+  : 
+  let    α := fun a b c => #((pmon_assoc a c) b)
+  in     α a b EI >>> _ ⋊ #(pmon_cancelr _) ~~ #(pmon_cancelr _).
+
+  intros.  simpl in α.
+
+  (* following Mac Lane's hint, we aim for (λ >>> α >>> λ×1)~~(λ >>> λ) *)
+  set (epic _ (iso_epic (pmon_cancelr ((a⊗b)⊗EI)))) as q.
+    apply q.
+    clear q.
+
+  (* next, we show that the hint goal above is implied by the bottom-left 1/5th of the big whiteboard diagram *)
+  set (ni_commutes pmon_cancelr (α a b EI)) as q.
+    setoid_rewrite <- associativity.
+    setoid_rewrite q.
+    clear q.
+    setoid_rewrite associativity.
+
+    set (ni_commutes pmon_cancelr (a ⋊ #(pmon_cancelr b))) as q.
+    simpl in q.
+    setoid_rewrite q.
+    clear q.
+
+    set (ni_commutes pmon_cancelr (#(pmon_cancelr (a⊗b)))) as q.
+    simpl in q.
+    setoid_rewrite q.
+    clear q.
+
+    setoid_rewrite <- associativity.
+    apply comp_respects; try reflexivity.
+
+  (* now we carry out the proof in the whiteboard diagram, starting from the pentagon diagram *)
+
+  (* top 2/5ths *)
+  assert (α (a⊗b) EI EI >>> α _ _ _ >>> (_ ⋊ (_ ⋊ #(pmon_cancell _))) ~~ #(pmon_cancelr _) ⋉ _ >>> α _ _ _).
+    set (pmon_triangle (a⊗b) EI) as tria.
+    simpl in tria.
+    unfold α; simpl.
+    setoid_rewrite tria.
+    clear tria.
+    setoid_rewrite associativity.
+    apply comp_respects; try reflexivity.
+    set (ni_commutes (pmon_assoc_ll a b) #(pmon_cancell EI)) as x.
+    simpl in x.
+    setoid_rewrite pmon_coherent_l in x.
+    apply x.
+
+  (* bottom 3/5ths *)
+  assert (((#((pmon_assoc a EI) b) ⋉ EI >>> #((pmon_assoc a EI) (b ⊗ EI))) >>>
+    a ⋊ #((pmon_assoc b EI) EI)) >>> a ⋊ (b ⋊ #(pmon_cancell EI))
+    ~~ α _ _ _ ⋉ _ >>> (_ ⋊ #(pmon_cancelr _)) ⋉ _ >>> α _ _ _).
+
+    unfold α; simpl.
+    repeat setoid_rewrite associativity.
+    apply comp_respects; try reflexivity.
+
+    set (ni_commutes (pmon_assoc a EI) (#(pmon_cancelr b) )) as x.
+    simpl in x.
+    setoid_rewrite <- associativity.
+    simpl in x.
+    setoid_rewrite <- x.
+    clear x.
+
+    setoid_rewrite associativity.
+    apply comp_respects; try reflexivity.
+    setoid_rewrite (fmor_preserves_comp (a⋊-)).
+    apply (fmor_respects (a⋊-)).
+
+    set (pmon_triangle b EI) as tria.
+    simpl in tria.
+    symmetry.
+    apply tria.
+
+  set (pmon_pentagon a b EI EI) as penta. unfold pmon_pentagon in penta. simpl in penta.
+
+  set (@comp_respects _ _ _ _ _ _ _ _ penta (a ⋊ (b ⋊ #(pmon_cancell EI))) (a ⋊ (b ⋊ #(pmon_cancell EI)))) as qq.
+    unfold α in H.
+    setoid_rewrite H in qq.
+    unfold α in H0.
+    setoid_rewrite H0 in qq.
+    clear H0 H.
+
+  unfold α.
+    apply (monic _ (iso_monic ((pmon_assoc a EI) b))).
+    apply qq.
+    clear qq penta.
+    reflexivity.
+    Qed.
 
 Class PreMonoidalFunctor
-`(PM1:PreMonoidalCat(C:=C1)(I:=I1))
-`(PM2:PreMonoidalCat(C:=C2)(I:=I2))
- (fobj : C1 -> C2          ) :=
-{ mf_F                :> Functor C1 C2 fobj
-; mf_preserves_i      :  mf_F I1 ≅ I2
-; mf_preserves_first  :  forall a,   bin_first a >>>> mf_F  <~~~>  mf_F >>>> bin_first  (mf_F a)
-; mf_preserves_second :  forall a,  bin_second a >>>> mf_F  <~~~>  mf_F >>>> bin_second (mf_F a)
-; mf_preserves_center :  forall `(f:a~>b), CentralMorphism f -> CentralMorphism (mf_F \ f)
+`(PM1  : PreMonoidalCat(C:=C1)(I:=I1))
+`(PM2  : PreMonoidalCat(C:=C2)(I:=I2))
+ {fobj : C1 -> C2                 }
+ (F    : Functor C1 C2 fobj       ) :=
+{ mf_F          := F
+; mf_i          :  I2 ≅ mf_F I1
+; mf_first      :  ∀ a,              mf_F >>>> bin_first  (mf_F a)  <~~~>  bin_first  a >>>> mf_F
+; mf_second     :  ∀ a,              mf_F >>>> bin_second (mf_F a)  <~~~>  bin_second a >>>> mf_F
+; mf_consistent :  ∀ a b,            #(mf_first a b) ~~ #(mf_second b a)
+; mf_center     :  forall `(f:a~>b), CentralMorphism f -> CentralMorphism (mf_F \ f)
+; mf_cancell    :  ∀ b,     #(pmon_cancell _) ~~ #mf_i ⋉ _ >>> #(mf_first  b I1) >>> mf_F \ #(pmon_cancell b)
+; mf_cancelr    :  ∀ a,     #(pmon_cancelr _) ~~ _ ⋊ #mf_i >>> #(mf_second a I1) >>> mf_F \ #(pmon_cancelr a)
+; mf_assoc      :  ∀ a b c, #(pmon_assoc _ _ _)  >>> _ ⋊ #(mf_first _ _) >>>        #(mf_second _ _) ~~
+                            #(mf_second _ _) ⋉ _  >>>     #(mf_first _ _) >>> mf_F \ #(pmon_assoc a c b)
 }.
 Coercion mf_F : PreMonoidalFunctor >-> Functor.
 
+Section PreMonoidalFunctorsCompose.
+  Context
+  `{PM1   :PreMonoidalCat(C:=C1)(I:=I1)}
+  `{PM2   :PreMonoidalCat(C:=C2)(I:=I2)}
+   {fobj12:C1 -> C2                    }
+   {PMFF12:Functor C1 C2 fobj12        }
+   (PMF12 :PreMonoidalFunctor PM1 PM2 PMFF12)
+  `{PM3   :PreMonoidalCat(C:=C3)(I:=I3)}
+   {fobj23:C2 -> C3                    }
+   {PMFF23:Functor C2 C3 fobj23        }
+   (PMF23 :PreMonoidalFunctor PM2 PM3 PMFF23).
+
+  Definition compose_mf := PMF12 >>>> PMF23.
+
+  Definition compose_mf_i : I3 ≅ PMF23 (PMF12 I1).
+    eapply iso_comp.
+    apply (mf_i(PreMonoidalFunctor:=PMF23)).
+    apply functors_preserve_isos.
+    apply (mf_i(PreMonoidalFunctor:=PMF12)).
+    Defined.
+
+  Definition compose_mf_first a : compose_mf >>>> bin_first (compose_mf a)  <~~~>  bin_first  a >>>> compose_mf.
+    set (mf_first(PreMonoidalFunctor:=PMF12) a) as mf_first12.
+    set (mf_first(PreMonoidalFunctor:=PMF23) (PMF12 a)) as mf_first23.
+    unfold functor_fobj in *; simpl in *.
+    unfold compose_mf.
+    eapply ni_comp.
+    apply (ni_associativity PMF12 PMF23 (- ⋉fobj23 (fobj12 a))).
+    eapply ni_comp.
+    apply (ni_respects1 PMF12 (PMF23 >>>> - ⋉fobj23 (fobj12 a)) (- ⋉fobj12 a >>>> PMF23)).
+    apply mf_first23.
+    clear mf_first23.
+
+    eapply ni_comp.
+    eapply ni_inv.
+    apply (ni_associativity PMF12 (- ⋉fobj12 a) PMF23).
+
+    apply ni_inv.
+    eapply ni_comp.
+    eapply ni_inv.
+    eapply (ni_associativity _ PMF12 PMF23).
+
+    apply ni_respects2.
+    apply ni_inv.
+    apply mf_first12.
+    Defined.
+    
+  Definition compose_mf_second a : compose_mf >>>> bin_second (compose_mf a)  <~~~>  bin_second  a >>>> compose_mf.
+    set (mf_second(PreMonoidalFunctor:=PMF12) a) as mf_second12.
+    set (mf_second(PreMonoidalFunctor:=PMF23) (PMF12 a)) as mf_second23.
+    unfold functor_fobj in *; simpl in *.
+    unfold compose_mf.
+    eapply ni_comp.
+    apply (ni_associativity PMF12 PMF23 (fobj23 (fobj12 a) ⋊-)).
+    eapply ni_comp.
+    apply (ni_respects1 PMF12 (PMF23 >>>> fobj23 (fobj12 a) ⋊-) (fobj12 a ⋊- >>>> PMF23)).
+    apply mf_second23.
+    clear mf_second23.
+
+    eapply ni_comp.
+    eapply ni_inv.
+    apply (ni_associativity PMF12 (fobj12 a ⋊ -) PMF23).
+
+    apply ni_inv.
+    eapply ni_comp.
+    eapply ni_inv.
+    eapply (ni_associativity (a ⋊-) PMF12 PMF23).
+
+    apply ni_respects2.
+    apply ni_inv.
+    apply mf_second12.
+    Defined.
+
+  (* this proof is really gross; I will write a better one some other day *)
+  Lemma mf_associativity_comp :
+   ∀a b c : C1,
+   (#((pmon_assoc (compose_mf a) (compose_mf c)) (fobj23 (fobj12 b))) >>>
+    compose_mf a ⋊ #((compose_mf_first c) b)) >>>
+   #((compose_mf_second a) (b ⊗ c)) ~~
+   (#((compose_mf_second a) b) ⋉ compose_mf c >>>
+    #((compose_mf_first c) (a ⊗ b))) >>> compose_mf \ #((pmon_assoc a c) b).
+    intros; intros.
+      unfold compose_mf_second; simpl.
+      unfold compose_mf_first; simpl.
+      unfold functor_comp; simpl.
+      unfold ni_respects1.
+      unfold functor_fobj; simpl.
+      
+      set (mf_first (fobj12 c)) as m'.
+      assert (mf_first (fobj12 c)=m'). reflexivity.
+      destruct m'; simpl.
+
+      set (mf_second (fobj12 a)) as m.
+      assert (mf_second (fobj12 a)=m). reflexivity.
+      destruct m; simpl.
+
+      Implicit Arguments id [[Ob][Hom][Category][a]].
+      idtac.
+
+      symmetry.
+      etransitivity.
+      repeat setoid_rewrite <- fmor_preserves_comp.
+      repeat setoid_rewrite fmor_preserves_id.
+      repeat setoid_rewrite left_identity.
+      repeat setoid_rewrite right_identity.
+      reflexivity.
+      symmetry.
+      etransitivity.
+      repeat setoid_rewrite <- fmor_preserves_comp.
+      repeat setoid_rewrite fmor_preserves_id.
+      repeat setoid_rewrite left_identity.
+      repeat setoid_rewrite right_identity.
+      reflexivity.
+
+      assert (   (#((pmon_assoc (fobj23 (fobj12 a)) (fobj23 (fobj12 c)))
+              (fobj23 (fobj12 b))) >>>
+          fobj23 (fobj12 a)
+          ⋊ (
+             (#(ni_iso (fobj12 b)) >>> ( (PMF23 \ #((mf_first c) b) ))))) >>>
+         (
+          (#(ni_iso0 (fobj12 (b ⊗ c))) >>>
+           ((PMF23 \ #((mf_second a) (b ⊗ c)))))) ~~
+         ((
+           (#(ni_iso0 (fobj12 b)) >>> ( (PMF23 \ #((mf_second a) b) ))))
+          ⋉ fobj23 (fobj12 c) >>>
+          (
+           (#(ni_iso (fobj12 (a ⊗ b))) >>>
+            ( (PMF23 \ #((mf_first c) (a ⊗ b))))))) >>>
+         PMF23 \ (PMF12 \ #((pmon_assoc a c) b))
+      ).
+
+      repeat setoid_rewrite associativity.
+      setoid_rewrite (fmor_preserves_comp PMF23).
+            unfold functor_comp in *.
+            unfold functor_fobj in *.
+            simpl in *.
+            rename ni_commutes into ni_commutes7.
+      set (mf_assoc(PreMonoidalFunctor:=PMF12)) as q.
+      set (ni_commutes7 _ _ (#((mf_second a) b))) as q'.
+      simpl in q'.
+      repeat setoid_rewrite associativity.
+      symmetry.
+      setoid_rewrite <- (fmor_preserves_comp (-⋉ fobj23 (fobj12 c))).
+      repeat setoid_rewrite <- associativity.
+      setoid_rewrite juggle1.
+      setoid_rewrite <- q'.
+      repeat setoid_rewrite associativity.
+      setoid_rewrite fmor_preserves_comp.
+      idtac.
+      unfold functor_fobj in *.
+      simpl in *.
+      repeat setoid_rewrite <- associativity.
+      setoid_rewrite <- q.
+      clear q.
+      repeat setoid_rewrite <- fmor_preserves_comp.
+      repeat setoid_rewrite <- associativity.
+      apply comp_respects; try reflexivity.
+      
+      set (mf_assoc(PreMonoidalFunctor:=PMF23) (fobj12 a) (fobj12 b) (fobj12 c)) as q.
+      unfold functor_fobj in *.
+      simpl in *.
+      
+      rewrite H in q.
+      rewrite H0 in q.
+      simpl in q.
+      repeat setoid_rewrite <- associativity.
+      repeat setoid_rewrite <- associativity in q.
+      setoid_rewrite <- q.
+      clear q.
+      unfold functor_fobj; simpl.
+      
+      repeat setoid_rewrite associativity.
+      apply comp_respects; try reflexivity.
+      apply comp_respects; try reflexivity.
+      auto.
+      
+      repeat setoid_rewrite associativity.
+      repeat setoid_rewrite associativity in H1.
+      repeat setoid_rewrite <- fmor_preserves_comp in H1.
+      repeat setoid_rewrite associativity in H1.
+      apply H1.
+      Qed.
+      Implicit Arguments id [[Ob][Hom][Category]].
+
+  (* this proof is really gross; I will write a better one some other day *)
+  Instance PreMonoidalFunctorsCompose : PreMonoidalFunctor PM1 PM3 compose_mf :=
+  { mf_i      := compose_mf_i
+  ; mf_first  := compose_mf_first  
+  ; mf_second := compose_mf_second }.
+
+    intros; unfold compose_mf_first; unfold compose_mf_second.
+      set (mf_first (PMF12 a)) as x in *.
+      set (mf_second (PMF12 b)) as y in *.
+      assert (x=mf_first (PMF12 a)). reflexivity.
+      assert (y=mf_second (PMF12 b)). reflexivity.
+      destruct x.
+      destruct y.
+      simpl.
+      repeat setoid_rewrite left_identity.
+      repeat setoid_rewrite right_identity.
+      set (mf_consistent (PMF12 a) (PMF12 b)) as later.
+      apply comp_respects; try reflexivity.
+      rewrite <- H in later.
+      rewrite <- H0 in later.
+      simpl in later.
+      apply later.
+      apply fmor_respects.
+      apply mf_consistent.
+
+    intros.
+      simpl.
+      apply mf_center.
+      apply mf_center.
+      auto.
+
+    intros.
+      unfold compose_mf_first; simpl.
+      set (mf_first (PMF12 b)) as m.
+      assert (mf_first (PMF12 b)=m). reflexivity.
+      destruct m.
+      simpl.
+      unfold functor_fobj; simpl.
+      repeat setoid_rewrite <- fmor_preserves_comp.
+      repeat setoid_rewrite left_identity.
+      repeat setoid_rewrite right_identity.
+
+      set (mf_cancell b) as y.
+      set (mf_cancell (fobj12 b)) as y'.
+      unfold functor_fobj in *.
+      setoid_rewrite y in y'.
+      clear y.
+      setoid_rewrite <- fmor_preserves_comp in y'.
+      setoid_rewrite <- fmor_preserves_comp in y'.
+      etransitivity.
+      apply y'.
+      clear y'.
+
+      repeat setoid_rewrite <- associativity.
+      apply comp_respects; try reflexivity.
+      apply comp_respects; try reflexivity.
+      repeat setoid_rewrite associativity.
+      apply comp_respects; try reflexivity.
+
+      set (ni_commutes _ _ #mf_i) as x.
+      unfold functor_comp in x.
+      unfold functor_fobj in x.
+      simpl in x.
+      rewrite H.
+      simpl.
+      apply x.
+
+    intros.
+      unfold compose_mf_second; simpl.
+      set (mf_second (PMF12 a)) as m.
+      assert (mf_second (PMF12 a)=m). reflexivity.
+      destruct m.
+      simpl.
+      unfold functor_fobj; simpl.
+      repeat setoid_rewrite <- fmor_preserves_comp.
+      repeat setoid_rewrite left_identity.
+      repeat setoid_rewrite right_identity.
+
+      set (mf_cancelr a) as y.
+      set (mf_cancelr (fobj12 a)) as y'.
+      unfold functor_fobj in *.
+      setoid_rewrite y in y'.
+      clear y.
+      setoid_rewrite <- fmor_preserves_comp in y'.
+      setoid_rewrite <- fmor_preserves_comp in y'.
+      etransitivity.
+      apply y'.
+      clear y'.
+
+      repeat setoid_rewrite <- associativity.
+      apply comp_respects; try reflexivity.
+      apply comp_respects; try reflexivity.
+      repeat setoid_rewrite associativity.
+      apply comp_respects; try reflexivity.
+
+      set (ni_commutes _ _ #mf_i) as x.
+      unfold functor_comp in x.
+      unfold functor_fobj in x.
+      simpl in x.
+      rewrite H.
+      simpl.
+      apply x.
+
+    apply mf_associativity_comp.
+
+      Defined.
+
+End PreMonoidalFunctorsCompose.
+
+
 (*******************************************************************************)
 (* Braided and Symmetric Categories                                            *)
 
 Class BraidedCat `(mc:PreMonoidalCat) :=
 { br_niso        : forall a, bin_first a <~~~> bin_second a
 ; br_swap        := fun a b => ni_iso (br_niso b) a
-; triangleb      : forall a:C,     #(pmon_cancelr mc a) ~~ #(br_swap a (pmon_I(PreMonoidalCat:=mc))) >>> #(pmon_cancell mc a)
-; hexagon1       : forall {a b c}, #(pmon_assoc mc _ _ _) >>> #(br_swap a _) >>> #(pmon_assoc mc _ _ _)
-                                   ~~ #(br_swap _ _) ⋉ c >>> #(pmon_assoc mc _ _ _) >>> b ⋊ #(br_swap _ _)
-; hexagon2       : forall {a b c}, #(pmon_assoc mc _ _ _)⁻¹ >>> #(br_swap _ c) >>> #(pmon_assoc mc _ _ _)⁻¹
-                                   ~~ a ⋊ #(br_swap _ _) >>> #(pmon_assoc mc _ _ _)⁻¹ >>> #(br_swap _ _) ⋉ b
+; triangleb      : forall a:C,     #(pmon_cancelr a) ~~ #(br_swap a (pmon_I(PreMonoidalCat:=mc))) >>> #(pmon_cancell a)
+; hexagon1       : forall {a b c}, #(pmon_assoc _ _ _) >>> #(br_swap a _) >>> #(pmon_assoc _ _ _)
+                                   ~~ #(br_swap _ _) ⋉ c >>> #(pmon_assoc _ _ _) >>> b ⋊ #(br_swap _ _)
+; hexagon2       : forall {a b c}, #(pmon_assoc _ _ _)⁻¹ >>> #(br_swap _ c) >>> #(pmon_assoc _ _ _)⁻¹
+                                   ~~ a ⋊ #(br_swap _ _) >>> #(pmon_assoc _ _ _)⁻¹ >>> #(br_swap _ _) ⋉ b
 }.
 
 Class SymmetricCat `(bc:BraidedCat) :=
 { symcat_swap  :  forall a b:C, #((br_swap(BraidedCat:=bc)) a b) ~~ #(br_swap _ _)⁻¹
 }.
+
+
+(* a wide subcategory inherits the premonoidal structure if it includes all of the coherence maps *)
+Section PreMonoidalWideSubcategory.
+
+  Context `(pm:PreMonoidalCat(I:=pmI)).
+  Context  {Pmor}(S:WideSubcategory pm Pmor).
+  Context  (Pmor_first  : forall {a}{b}{c}{f}(pf:Pmor a b f), Pmor _ _ (f ⋉ c)).
+  Context  (Pmor_second : forall {a}{b}{c}{f}(pf:Pmor a b f), Pmor _ _ (c ⋊ f)).
+  Context  (Pmor_assoc  : forall {a}{b}{c}, Pmor _ _ #(pmon_assoc a c b)).
+  Context  (Pmor_unassoc: forall {a}{b}{c}, Pmor _ _ #(pmon_assoc a c b)⁻¹).
+  Context  (Pmor_cancell: forall {a}, Pmor _ _ #(pmon_cancell a)).
+  Context  (Pmor_uncancell: forall {a}, Pmor _ _ #(pmon_cancell a)⁻¹).
+  Context  (Pmor_cancelr: forall {a}, Pmor _ _ #(pmon_cancelr a)).
+  Context  (Pmor_uncancelr: forall {a}, Pmor _ _ #(pmon_cancelr a)⁻¹).
+  Implicit Arguments Pmor_first [[a][b][c][f]].
+  Implicit Arguments Pmor_second [[a][b][c][f]].
+
+  Definition PreMonoidalWideSubcategory_first_fmor (a:S) : forall {x}{y}(f:x~~{S}~~>y), (bin_obj' x a)~~{S}~~>(bin_obj' y a).
+    unfold hom; simpl; intros.
+    destruct f.
+    simpl in *.
+    exists (bin_first(BinoidalCat:=pm) a \ x0).
+    apply Pmor_first; auto.
+    Defined.
+
+  Definition PreMonoidalWideSubcategory_second_fmor (a:S) : forall {x}{y}(f:x~~{S}~~>y), (bin_obj' a x)~~{S}~~>(bin_obj' a y).
+    unfold hom; simpl; intros.
+    destruct f.
+    simpl in *.
+    exists (bin_second(BinoidalCat:=pm) a \ x0).
+    apply Pmor_second; auto.
+    Defined.
+
+  Instance PreMonoidalWideSubcategory_first (a:S) : Functor S S (fun x => bin_obj' x a) :=
+    { fmor := fun x y f => PreMonoidalWideSubcategory_first_fmor a f }.
+    unfold PreMonoidalWideSubcategory_first_fmor; intros; destruct f; destruct f'; simpl in *.
+    apply (fmor_respects (bin_first(BinoidalCat:=pm) a)); auto.
+    unfold PreMonoidalWideSubcategory_first_fmor; intros; simpl in *.
+    apply (fmor_preserves_id (bin_first(BinoidalCat:=pm) a)); auto.
+    unfold PreMonoidalWideSubcategory_first_fmor; intros; destruct f; destruct g; simpl in *.
+    apply (fmor_preserves_comp (bin_first(BinoidalCat:=pm) a)); auto.
+    Defined.
+
+  Instance PreMonoidalWideSubcategory_second (a:S) : Functor S S (fun x => bin_obj' a x) :=
+    { fmor := fun x y f => PreMonoidalWideSubcategory_second_fmor a f }.
+    unfold PreMonoidalWideSubcategory_second_fmor; intros; destruct f; destruct f'; simpl in *.
+    apply (fmor_respects (bin_second(BinoidalCat:=pm) a)); auto.
+    unfold PreMonoidalWideSubcategory_second_fmor; intros; simpl in *.
+    apply (fmor_preserves_id (bin_second(BinoidalCat:=pm) a)); auto.
+    unfold PreMonoidalWideSubcategory_second_fmor; intros; destruct f; destruct g; simpl in *.
+    apply (fmor_preserves_comp (bin_second(BinoidalCat:=pm) a)); auto.
+    Defined.
+
+  Instance PreMonoidalWideSubcategory_is_Binoidal : BinoidalCat S bin_obj' :=
+    { bin_first  := PreMonoidalWideSubcategory_first
+    ; bin_second := PreMonoidalWideSubcategory_second }.
+
+  Definition PreMonoidalWideSubcategory_assoc_iso
+    : forall a b c, Isomorphic(C:=S) (bin_obj' (bin_obj' a b) c) (bin_obj' a (bin_obj' b c)).
+    intros.
+    refine {| iso_forward := existT _ _ (Pmor_assoc a b c) ; iso_backward := existT _ _ (Pmor_unassoc a b c) |}.
+    simpl; apply iso_comp1.
+    simpl; apply iso_comp2.
+    Defined.
+
+  Definition PreMonoidalWideSubcategory_assoc
+    : forall a b,
+      (PreMonoidalWideSubcategory_second a >>>> PreMonoidalWideSubcategory_first b) <~~~>
+      (PreMonoidalWideSubcategory_first  b >>>> PreMonoidalWideSubcategory_second a).
+    intros.
+    apply (@Build_NaturalIsomorphism _ _ _ _ _ _ _ _ (PreMonoidalWideSubcategory_second a >>>>
+      PreMonoidalWideSubcategory_first b) (PreMonoidalWideSubcategory_first b >>>>
+        PreMonoidalWideSubcategory_second a) (fun c => PreMonoidalWideSubcategory_assoc_iso a c b)).
+    intros; simpl.
+    unfold PreMonoidalWideSubcategory_second_fmor; simpl.
+    destruct f; simpl.
+    set (ni_commutes (pmon_assoc(PreMonoidalCat:=pm) a b) x) as q.
+    apply q.
+    Defined.
+
+  Definition PreMonoidalWideSubcategory_assoc_ll
+    : forall a b,
+      PreMonoidalWideSubcategory_second (a⊗b) <~~~>
+      PreMonoidalWideSubcategory_second b >>>> PreMonoidalWideSubcategory_second a.
+    intros.
+    apply (@Build_NaturalIsomorphism _ _ _ _ _ _ _ _
+             (PreMonoidalWideSubcategory_second (a⊗b))
+             (PreMonoidalWideSubcategory_second b >>>> PreMonoidalWideSubcategory_second a)
+             (fun c => PreMonoidalWideSubcategory_assoc_iso a b c)).
+    intros; simpl.
+    unfold PreMonoidalWideSubcategory_second_fmor; simpl.
+    destruct f; simpl.
+    set (ni_commutes (pmon_assoc_ll(PreMonoidalCat:=pm) a b) x) as q.
+    unfold functor_comp in q; simpl in q.
+    set (pmon_coherent_l(PreMonoidalCat:=pm)) as q'.
+    setoid_rewrite q' in q.
+    apply q.
+    Defined.
+
+  Definition PreMonoidalWideSubcategory_assoc_rr
+    : forall a b,
+      PreMonoidalWideSubcategory_first (a⊗b) <~~~>
+      PreMonoidalWideSubcategory_first a >>>> PreMonoidalWideSubcategory_first b.
+    intros.
+    apply ni_inv.
+    apply (@Build_NaturalIsomorphism _ _ _ _ _ _ _ _
+             (PreMonoidalWideSubcategory_first a >>>> PreMonoidalWideSubcategory_first b)
+             (PreMonoidalWideSubcategory_first (a⊗b))
+             (fun c => PreMonoidalWideSubcategory_assoc_iso c a b)).
+    intros; simpl.
+    unfold PreMonoidalWideSubcategory_second_fmor; simpl.
+    destruct f; simpl.
+    set (ni_commutes (pmon_assoc_rr(PreMonoidalCat:=pm) a b) x) as q.
+    unfold functor_comp in q; simpl in q.
+    set (pmon_coherent_r(PreMonoidalCat:=pm)) as q'.
+    setoid_rewrite q' in q.
+    apply iso_shift_right' in q.
+    apply iso_shift_left.
+    symmetry.
+    setoid_rewrite iso_inv_inv in q.
+    setoid_rewrite associativity.
+    apply q.
+    Defined.
+
+  Definition PreMonoidalWideSubcategory_cancelr_iso : forall a, Isomorphic(C:=S) (bin_obj' a pmI) a.
+    intros.
+    refine {| iso_forward := existT _ _ (Pmor_cancelr a) ; iso_backward := existT _ _ (Pmor_uncancelr a) |}.
+    simpl; apply iso_comp1.
+    simpl; apply iso_comp2.
+    Defined.
+
+  Definition PreMonoidalWideSubcategory_cancell_iso : forall a, Isomorphic(C:=S) (bin_obj' pmI a) a.
+    intros.
+    refine {| iso_forward := existT _ _ (Pmor_cancell a) ; iso_backward := existT _ _ (Pmor_uncancell a) |}.
+    simpl; apply iso_comp1.
+    simpl; apply iso_comp2.
+    Defined.
+
+  Definition PreMonoidalWideSubcategory_cancelr : PreMonoidalWideSubcategory_first pmI <~~~> functor_id _.
+    apply (@Build_NaturalIsomorphism _ _ _ _ _ _ _ _
+             (PreMonoidalWideSubcategory_first pmI) (functor_id _) PreMonoidalWideSubcategory_cancelr_iso).
+    intros; simpl.
+    unfold PreMonoidalWideSubcategory_first_fmor; simpl.
+    destruct f; simpl.
+    apply (ni_commutes (pmon_cancelr(PreMonoidalCat:=pm)) x).
+    Defined.
+
+  Definition PreMonoidalWideSubcategory_cancell : PreMonoidalWideSubcategory_second pmI <~~~> functor_id _.
+    apply (@Build_NaturalIsomorphism _ _ _ _ _ _ _ _
+             (PreMonoidalWideSubcategory_second pmI) (functor_id _) PreMonoidalWideSubcategory_cancell_iso).
+    intros; simpl.
+    unfold PreMonoidalWideSubcategory_second_fmor; simpl.
+    destruct f; simpl.
+    apply (ni_commutes (pmon_cancell(PreMonoidalCat:=pm)) x).
+    Defined.
+
+  Instance PreMonoidalWideSubcategory_PreMonoidal : PreMonoidalCat PreMonoidalWideSubcategory_is_Binoidal pmI :=
+  { pmon_assoc           := PreMonoidalWideSubcategory_assoc 
+  ; pmon_assoc_rr        := PreMonoidalWideSubcategory_assoc_rr
+  ; pmon_assoc_ll        := PreMonoidalWideSubcategory_assoc_ll
+  ; pmon_cancelr         := PreMonoidalWideSubcategory_cancelr
+  ; pmon_cancell         := PreMonoidalWideSubcategory_cancell
+  }.
+  apply Build_Pentagon.
+    intros; unfold PreMonoidalWideSubcategory_assoc; simpl.
+    set (pmon_pentagon(PreMonoidalCat:=pm) a b c) as q.
+    simpl in q.
+    apply q.
+  apply Build_Triangle.
+    intros; unfold PreMonoidalWideSubcategory_assoc;
+      unfold PreMonoidalWideSubcategory_cancelr; unfold PreMonoidalWideSubcategory_cancell; simpl.
+    set (pmon_triangle(PreMonoidalCat:=pm) a b) as q.
+    simpl in q.
+    apply q.
+    intros.
+
+  set (pmon_triangle(PreMonoidalCat:=pm)) as q.
+    apply q.
+
+  intros; simpl; reflexivity.
+  intros; simpl; reflexivity.
+
+  intros; simpl.
+    apply Build_CentralMorphism; intros; simpl; destruct g; simpl.
+    apply (pmon_assoc_central(PreMonoidalCat:=pm) a b c).
+    apply (pmon_assoc_central(PreMonoidalCat:=pm) a b c).
+
+  intros; simpl.
+    apply Build_CentralMorphism; intros; simpl; destruct g; simpl.
+    apply (pmon_cancelr_central(PreMonoidalCat:=pm) a).
+    apply (pmon_cancelr_central(PreMonoidalCat:=pm) a).
+
+  intros; simpl.
+    apply Build_CentralMorphism; intros; simpl; destruct g; simpl.
+    apply (pmon_cancell_central(PreMonoidalCat:=pm) a).
+    apply (pmon_cancell_central(PreMonoidalCat:=pm) a).
+    Defined.
+
+End PreMonoidalWideSubcategory.
+
+
+(* a full subcategory inherits the premonoidal structure if it includes the unit object and is closed under object-pairing *)
+(*
+Section PreMonoidalFullSubcategory.
+
+  Context `(pm:PreMonoidalCat(I:=pmI)).
+  Context  {Pobj}(S:FullSubcategory pm Pobj).
+  Context  (Pobj_unit:Pobj pmI).
+  Context  (Pobj_closed:forall {a}{b}, Pobj a -> Pobj b -> Pobj (a⊗b)).
+  Implicit Arguments Pobj_closed [[a][b]].
+
+  Definition PreMonoidalFullSubcategory_bobj (x y:S) :=
+    existT Pobj _ (Pobj_closed (projT2 x) (projT2 y)).
+
+  Definition PreMonoidalFullSubcategory_first_fmor (a:S) : forall {x}{y}(f:x~~{S}~~>y),
+    (PreMonoidalFullSubcategory_bobj x a)~~{S}~~>(PreMonoidalFullSubcategory_bobj y a).
+    unfold hom; simpl; intros.
+    destruct a as [a apf].
+    destruct x as [x xpf].
+    destruct y as [y ypf].
+    simpl in *.
+    apply (f ⋉ a).
+    Defined.
+
+  Definition PreMonoidalFullSubcategory_second_fmor (a:S) : forall {x}{y}(f:x~~{S}~~>y),
+    (PreMonoidalFullSubcategory_bobj a x)~~{S}~~>(PreMonoidalFullSubcategory_bobj a y).
+    unfold hom; simpl; intros.
+    destruct a as [a apf].
+    destruct x as [x xpf].
+    destruct y as [y ypf].
+    simpl in *.
+    apply (a ⋊ f).
+    Defined.
+
+  Instance PreMonoidalFullSubcategory_first (a:S)
+    : Functor S S (fun x => PreMonoidalFullSubcategory_bobj x a) :=
+    { fmor := fun x y f => PreMonoidalFullSubcategory_first_fmor a f }.
+    unfold PreMonoidalFullSubcategory_first_fmor; intros; destruct a; destruct a0; destruct b; simpl in *.
+    apply (fmor_respects (-⋉x)); auto.
+    unfold PreMonoidalFullSubcategory_first_fmor; intros; destruct a; destruct a0;  simpl in *.
+    apply (fmor_preserves_id (-⋉x)); auto.
+    unfold PreMonoidalFullSubcategory_first_fmor; intros;
+      destruct a; destruct a0; destruct b; destruct c; simpl in *.
+    apply (fmor_preserves_comp (-⋉x)); auto.
+    Defined.
+
+  Instance PreMonoidalFullSubcategory_second (a:S)
+    : Functor S S (fun x => PreMonoidalFullSubcategory_bobj a x) :=
+    { fmor := fun x y f => PreMonoidalFullSubcategory_second_fmor a f }.
+    unfold PreMonoidalFullSubcategory_second_fmor; intros; destruct a; destruct a0; destruct b; simpl in *.
+    apply (fmor_respects (x⋊-)); auto.
+    unfold PreMonoidalFullSubcategory_second_fmor; intros; destruct a; destruct a0;  simpl in *.
+    apply (fmor_preserves_id (x⋊-)); auto.
+    unfold PreMonoidalFullSubcategory_second_fmor; intros;
+      destruct a; destruct a0; destruct b; destruct c; simpl in *.
+    apply (fmor_preserves_comp (x⋊-)); auto.
+    Defined.
+
+  Instance PreMonoidalFullSubcategory_is_Binoidal : BinoidalCat S PreMonoidalFullSubcategory_bobj :=
+    { bin_first := PreMonoidalFullSubcategory_first
+    ; bin_second := PreMonoidalFullSubcategory_second }.
+
+  Definition PreMonoidalFullSubcategory_assoc
+    : forall a b,
+      (PreMonoidalFullSubcategory_second a >>>> PreMonoidalFullSubcategory_first b) <~~~>
+      (PreMonoidalFullSubcategory_first  b >>>> PreMonoidalFullSubcategory_second a).
+    Defined.
+
+  Definition PreMonoidalFullSubcategory_assoc_ll
+    : forall a b,
+      PreMonoidalFullSubcategory_second (a⊗b) <~~~>
+      PreMonoidalFullSubcategory_second b >>>> PreMonoidalFullSubcategory_second a.
+    intros.
+    Defined.
+
+  Definition PreMonoidalFullSubcategory_assoc_rr
+    : forall a b,
+      PreMonoidalFullSubcategory_first (a⊗b) <~~~>
+      PreMonoidalFullSubcategory_first a >>>> PreMonoidalFullSubcategory_first b.
+    intros.
+    Defined.
+
+  Definition PreMonoidalFullSubcategory_I := existT _ pmI Pobj_unit.
+
+  Definition PreMonoidalFullSubcategory_cancelr
+    : PreMonoidalFullSubcategory_first PreMonoidalFullSubcategory_I <~~~> functor_id _.
+    Defined.
+
+  Definition PreMonoidalFullSubcategory_cancell
+    : PreMonoidalFullSubcategory_second PreMonoidalFullSubcategory_I <~~~> functor_id _.
+    Defined.
+
+  Instance PreMonoidalFullSubcategory_PreMonoidal
+    : PreMonoidalCat PreMonoidalFullSubcategory_is_Binoidal PreMonoidalFullSubcategory_I :=
+  { pmon_assoc           := PreMonoidalFullSubcategory_assoc 
+  ; pmon_assoc_rr        := PreMonoidalFullSubcategory_assoc_rr
+  ; pmon_assoc_ll        := PreMonoidalFullSubcategory_assoc_ll
+  ; pmon_cancelr         := PreMonoidalFullSubcategory_cancelr
+  ; pmon_cancell         := PreMonoidalFullSubcategory_cancell
+  }.
+  Defined.
+End PreMonoidalFullSubcategory.
+*)