Прежде всего нам понадобятся следующие определения:
Proof
Докажем эту теорему только в случае ограниченного сверху множества, так как другой случай доказывается аналогично.
Пусть есть множество всех верхних граней множества , тогда из условия об ограниченности сверху множества следует, что . Далее из конструкции вытекает, что (т. е. левее чем ). Тогда по аксиоме о полноте получаем, что существует такой, что . Тогда, во-первых, — какая-то верхняя грань для , а, во-вторых, меньше, чем любой из элементов множества , т. е. , что и требовалось доказать.
Proof
Будем доказывать только для не убывающих последовательностей, потому что для невозрастающих рассуждения аналогичные.
Так как последовательность ограничена сверху, то по признаку полноты Вейерштрасса существует . Это означает, что для любого , , т. е. существует такой , что .
Далее, так как (так как по предположению последовательность не убывающая), то все . Так как , то для всех . Таким образом, для всех , мы получаем . Очевидно, что . Другими словами, мы для любого нашли такое , что для всех , т. е. . Но это и означает, что , что и требовалось доказать.