(Примечание к формулировке теоремы: множество A ограниченное -это означает, что
; бесконечное –т.е. содержит бесконечно много точек.)
Доказательство.
Рассмотрим отрезок
. Разделим его на 2 части. Хотя бы в одну из половин отрезка входит бесконечное множество точек A. Возьмем полученный отрезок
и тоже разделим его на 2 части. Хотя бы один из полученных отрезков
тоже содержит бесконечное множество точек из A. Продолжим процесс деления отрезков. В итоге имеем систему стягивающихся отрезков. По теоремам (5.3, 5.4) эта система имеет единую для всех отрезков точку с. Утверждаем, что точка c - предельная точка множества A. Выберем произвольную окрестность
и в ней окрестность
. После этого возьмем n такое, чтобы длина отрезка
, равная
, оказалась меньше
, т.е.
.
Так как, очевидно,
(см. рис. 5), и так как
содержит, по построению, бесконечное множество точек из A, проколотая окрестность
, также содержит бесконечное множество точек из А. Итак, доказано, что произвольная окрестность
содержит точки из А. Следовательно, с – предельная точка множества А.
В дополнение сформулируем и докажем еще одно важное свойство предельных точек.