2.10 Espaços canônicos

Em várias áreas da matemática, existe um importante conceito de equivalência entre duas estruturas, como por exemplo: homeomorfismos, isometrias e isomorfismos. Nessa seção estudaremos o caso análogo para espaços mensuráveis, que nos trará uma grande surpresa.

{definition}

Uma função ϕ:E→E′\phi:E\to E^{\prime} entre dois espaços mensuráveis é dita bi-mensurável quando ϕ\phi é uma bijeção mensurável, com inversa mensurável.

Vamos agora tentar classificar os espaços a menos de bi-mensurabilidade. Descobriremos que na verdade os borelianos da reta incluem praticamente tudo em que podemos estar interessados. Começamos com a seguinte definição.

{definition}

Dizemos que o espaço mensurável (E,𝒜)(E,\mathcal{A}) é canônico se existe uma função ϕ:E→B\phi:E\to B bi-mensurável para algum B∈ℬ⁢(ℝ)B\in\mathcal{B}(\mathbb{R}).

Antes de mostrar que essa classe de espaços canônicos inclui muitíssimos exemplos, vamos motivar a definição acima exemplificando como esse conceito pode ser utilizado.

{theorem}

[Extensão de Kolmogorov Extendida] Se (E1,ℱ1),(E2,ℱ2),…(E_{1},\mathcal{F}_{1}),(E_{2},\mathcal{F}_{2}),\dots são espaços mensuráveis canônicos, então o Teorema 2.6.2 (da extensão de Kolmogorov) também é válido no espaço produto Ω=E1×E2×…\Omega=E_{1}\times E_{2}\times\dots:
Se a seguinte condição de consistência for válida

∀n≥0,∀A∈⨂i=1nℱi,Pn+1⁢(A×En+1)=Pn⁢(A).\forall n\geq 0,\forall A\in\bigotimes_{i=1}^{n}\mathcal{F}_{i},\quad P_{n+1}(% A\times E_{n+1})=P_{n}(A). (2.103)

então existe uma probabilidade PP em Ω\Omega tal que

∀n≥0,∀A∈⨂i=1nℱi,P⁢(A×En+1×En+2×…)=Pn⁢(A).\forall n\geq 0,\forall A\in\bigotimes_{i=1}^{n}\mathcal{F}_{i},\quad P(A% \times E_{n+1}\times E_{n+2}\times\dots)=P_{n}(A). (2.104)
Demonstração.

Sejam ϕi:Ei→Bi∈ℬ⁢(ℝ)\phi_{i}:E_{i}\to B_{i}\in\mathcal{B}(\mathbb{R}) bijeções bi-mensuráveis e defina \widebar⁢ϕn:E1×⋯×En→ℝn\widebar{\phi}_{n}:E_{1}\times\dots\times E_{n}\to\mathbb{R}^{n} por \widebar⁢ϕn⁢(ω1,…,ωn)=(ϕ1⁢(ω1),…,ϕn⁢(ωn))\widebar{\phi}_{n}(\omega_{1},\dots,\omega_{n})=\big{(}\phi_{1}(\omega_{1}),% \dots,\phi_{n}(\omega_{n})\big{)}. Assim podemos introduzir as medidas de probabilidade

\widebar⁢Pn=(\widebar⁢ϕn)∗⁢Pn, em ℝn.\widebar{P}_{n}=(\widebar{\phi}_{n})_{*}P_{n},\text{ em $\mathbb{R}^{n}$}. (2.105)

É fácil verificar que as \widebar⁢Pn\widebar{P}_{n} são consistentes como em (2.58). Logo, existe \widebar⁢P\widebar{P} em (ℝℕ,ℱ)(\mathbb{R}^{\mathbb{N}},\mathcal{F}) extendendo \widebar⁢Pn\widebar{P}_{n}.

Vamos agora definir uma medida em ∏i=1∞Ei\prod_{i=1}^{\infty}E_{i}. Para tanto, primeiramente fixamos para cada i≥1i\geq 1 um elemento arbitrário wiw_{i} de EiE_{i} e definimos ψi:ℝ→Ei\psi_{i}:\mathbb{R}\to E_{i} por

ψi⁢(x)={ϕi−1⁢(x),se x∈Bi,wino caso contrário.\psi_{i}(x)=\begin{cases}\phi_{i}^{-1}(x),\quad&\text{se $x\in B_{i}$,}\\ w_{i}&\text{no caso contr\'{a}rio}.\end{cases}

Como Bi∈ℬ⁢(ℝ)B_{i}\in\mathcal{B}(\mathbb{R}), concluimos que ψi\psi_{i} é mensurável.

Finalmente, consideramos o mapa Ψ:ℝℕ→Ω\Psi:\mathbb{R}^{\mathbb{N}}\to\Omega dado por

Ψ⁢(x1,x2,…)=(ψ1⁢(x1),ψ2⁢(x2),…).\Psi(x_{1},x_{2},\dots)=(\psi_{1}(x_{1}),\psi_{2}(x_{2}),\dots). (2.106)

Resta mostrar que a medida P=Ψ∗⁢\widebar⁢PP=\Psi_{*}\widebar{P} estende as probabilidades PnP_{n}. Observe que

P(A1×⋯×An×En+1×…)=\widebarP(Ψ−1(A1×⋯×An×En+1×…))=\widebar⁢P⁢(ψ1−1⁢(A1)×⋯×ψn−1⁢(An)×ℝ×…)=\widebar⁢Pn⁢(ψ1−1⁢(A1)×⋯×ψn−1⁢(An))=Pn⁢(ϕ1−1⁢(ψ1−1⁢(A1))×⋯×ϕn−1⁢(ψn−1⁢(An)))=Pn⁢(A1×⋯×An),\begin{split}P\big{(}A_{1}\times\dots\times A_{n}\times&E_{n+1}\times\dots\big% {)}=\widebar{P}\big{(}\Psi^{-1}(A_{1}\times\dots\times A_{n}\times E_{n+1}% \times\dots)\big{)}\\ &=\widebar{P}\big{(}\psi^{-1}_{1}(A_{1})\times\dots\times\psi^{-1}_{n}(A_{n})% \times\mathbb{R}\times\dots\big{)}\\ &=\widebar{P}_{n}(\psi^{-1}_{1}(A_{1})\times\dots\times\psi^{-1}_{n}(A_{n}))\\ &=P_{n}\big{(}\phi^{-1}_{1}\big{(}\psi^{-1}_{1}(A_{1}))\times\dots\times\phi^{% -1}_{n}\big{(}\psi_{n}^{-1}(A_{n})\big{)}\big{)}\\ &=P_{n}(A_{1}\times\dots\times A_{n}),\end{split}

concluindo a prova do teorema. ∎

Uma ferramenta importante para construirmos espaços canônicos é a seguinte.

{lemma}

Seja (E,𝒜)(E,\mathcal{A}) é um espaço canônico e A∈𝒜A\in\mathcal{A}, então AA também é canônico quando dotado da σ\sigma-álgebra {A∩C:C∈𝒜}\{A\cap C\,:\,C\in\mathcal{A}\} induzida por 𝒜\mathcal{A} em AA.

Demonstração.

Seja ϕ:E→B∈ℬ⁢(ℝ)\phi:E\to B\in\mathcal{B}(\mathbb{R}) uma função bi-mensurável que mostra que EE é canônico. Consideramos ϕ′:A→ℝ\phi^{\prime}:A\to\mathbb{R} dada pela restrição de ϕ\phi a AA e precisamos mostrar as seguintes afirmativas:

  1.  a)
    ​

    ϕ′\phi^{\prime} é injetiva.

  2.  b)
    ​

    ϕ′\phi^{\prime} é mensurável.

  3.  c)
    ​

    ϕ⁢(A)∈ℬ⁢(ℝ)\phi(A)\in\mathcal{B}(\mathbb{R}).

  4.  d)
    ​

    A inversa de ϕ′\phi^{\prime} (chamada ψ′\psi^{\prime}) de ϕ′⁢(A)\phi^{\prime}(A) em AA é mensurável.

Vejamos,

  1.  a)
    ​

    ϕ\phi ser injetiva implica que ϕ′\phi^{\prime} também o é.

  2.  b)
    ​

    Dado D∈ℬ⁢(ℝ)D\in\mathcal{B}(\mathbb{R}), (ϕ′)−1⁢(D)=A∩ϕ−1⁢(D)(\phi^{\prime})^{-1}(D)=A\cap\phi^{-1}(D) which is of the form A∩CA\cap C with C∈ℬ⁢(ℝd)C\in\mathcal{B}(\mathbb{R}^{d}).

  3.  c)
    ​

    Denotando por ψ:B→E\psi:B\to E a inversa de ϕ\phi, temos que ϕ⁢(A)=ψ−1⁢(A)∈ℬ⁢(B)\phi(A)=\psi^{-1}(A)\in\mathcal{B}(B) pois ψ\psi é mensurável.

  4.  d)
    ​

    Finalmente, se D∈ℬ⁢(A)D\in\mathcal{B}(A), então (ψ′)−1⁢(D)=ψ−1⁢(D)∈ℬ⁢(B)(\psi^{\prime})^{-1}(D)=\psi^{-1}(D)\in\mathcal{B}(B), novamente pela mensurabilidade de ψ\psi.

Concluindo portanto a bi-mensurabilidade de ϕ′\phi^{\prime} quando o seu contra-domínio é restrito a sua imagem. ∎

A seguir daremos um exemplo de espaço canônico que será importante na seção seguinte.

{lemma}

O espaço produto E=ℕ×ℕ×…E=\mathbb{N}\times\mathbb{N}\times\dots, dotado da σ\sigma-álgebra produto é canônico.

Demonstração.

Primeiramente definimos em EE a Métrica de Hamming:

dH⁢(x,y)=∑i≥112i+1⁢\1{xi≠yi}.d_{H}(x,y)=\sum_{i\geq 1}\frac{1}{2^{i+1}}\1_{\{x_{i}\neq y_{i}\}}. (2.107)

Fica como exercício mostrar que a σ\sigma-álgebra dos borelianos induzida por essa métrica coincide com a σ\sigma-álgebra produto em EE. Definimos agora o mapa ϕ:E→ℝ\phi:E\to\mathbb{R} dado por

ϕ⁢(n1,n2,…)=2−n1+2−1−n1−n2+⋯+2−k−∑i=1kni+…\phi(n_{1},n_{2},\dots)=2^{-n_{1}}+2^{-1-n_{1}-n_{2}}+\dots+2^{-k-\sum_{i=1}^{% k}n_{i}}+\dots (2.108)

Também deixamos a cargo do leitor mostrar que ϕ\phi define um homeomorfismo entre (E,dH)(E,d_{H}) e um boreliano de ℝ\mathbb{R}. ∎

2.10.1 Espaços poloneses

Nessa seção mostraremos que todos espaços chamados poloneses são canônicos.

{definition}

Um espaço métrico (E,d)(E,d) é dito polonês se é separável e completo.

{example}

  1.  a)
    ​

    Todo espaço enumerável Ω\Omega pode ser feito em um espaço métrico polonês de forma que a σ\sigma-álgebra de Borel seja 𝒫⁢(Ω)\mathcal{P}(\Omega).

  2.  b)
    ​

    ℝn\mathbb{R}^{n} e C⁢([0,1])C([0,1]) são notoriamente poloneses.

{exercise}

Se (Ei,di)i=1∞(E_{i},d_{i})_{i=1}^{\infty} é uma sequencia de espaços métricos poloneses, mostre que E=∏i=1∞EiE=\prod_{i=1}^{\infty}E_{i} com a métrica

d⁢(x,y)=∑i=1∞12i+1⁢di⁢(xi,yi)1+di⁢(xi,yi)d(x,y)=\sum_{i=1}^{\infty}\frac{1}{2^{i+1}}\frac{d_{i}(x_{i},y_{i})}{1+d_{i}(x% _{i},y_{i})} (2.109)

também é polonês. Mostre também que a topologia induzida por essa métrica é equivalente à topologia produto em EE.

Outros exemplos de espaços poloneses são dados pelo seguinte lema, que também será útil para provar o resultado principal desta seção.

{lemma}

Seja (E,d)(E,d) um espaço polonês e G,F⊆EG,F\subseteq E um aberto e um fechado de EE respectivamente. Então, existe uma métrica d′d^{\prime} em F∩GF\cap G tal que

  1.  a)
    ​

    dd e d′d^{\prime} são equivalentes em F∩GF\cap G (induzem a mesma noção de convergência),

  2.  b)
    ​

    d⁢(x,y)≤d′⁢(x,y)d(x,y)\leq d^{\prime}(x,y) para todo x,y∈F∩Gx,y\in F\cap G e

  3.  c)
    ​

    (F∩G,d′)(F\cap G,d^{\prime}) é polonês.

Demonstração.

A primeira observação que faremos é que F∩GF\cap G é separável com respeito a dd. Isso segue do fato de separabilidade ser equivalente à existência de uma base enumerável.

Vamos definir para x,yx,y em GG,

d′⁢(x,y)=d⁢(x,y)+|1d⁢(x,Gc)−1d⁢(y,Gc)|,d^{\prime}(x,y)=d(x,y)+\Big{|}\frac{1}{d(x,G^{c})}-\frac{1}{d(y,G^{c})}\Big{|}, (2.110)

onde d⁢(x,A)=inf{d⁢(x,x′):x′∈A}d(x,A)=\inf\{d(x,x^{\prime})\,:\,x^{\prime}\in A\}. Não é difícil ver que com a definição acima (e deixamos como exercício) que:

  1.  a)
    ​

    As métricas dd e d′d^{\prime} são equivalentes em GG.

  2.  b)
    ​

    F∩GF\cap G é separável quando dotado da métrica d′d^{\prime}.

  3.  c)
    ​

    (F∩G,d′)(F\cap G,d^{\prime}) é completo.

Isso termina a prova do lema. ∎

{example}

Um importante exemplo é dado por espaços produto. Seja (Ei,di)i=1∞(E_{i},d_{i})_{i=1}^{\infty} uma sequência de espaços poloneses e introduza em E=∏i=1∞EiE=\prod_{i=1}^{\infty}E_{i} a métrica dd definida em (2.109). Então, se A1⊆E1A_{1}\subseteq E_{1}, …\dots, Ak⊆EkA_{k}\subseteq E_{k} forem abertos, o retângulo R=A1×⋯×Ak×Ek+1×…R=A_{1}\times\dots\times A_{k}\times E_{k+1}\times\dots é aberto. Dessa forma vemos que tanto RR como RcR^{c} podem ser dotados de métricas com as quais se tornam espaços poloneses. Além disso tais métricas podem ser escolhidas satisfazendo as hipóteses do Lema 2.10.1

O próximo lema é o ingrediente chave para provarmos o resultado principal dessa seção. Ele nos dá uma maneira de fatiar um espaço polonês em uma partição de espaços poloneses pequenos.

{lemma}

Seja (E,d)(E,d) um espaço polonês e r>0r>0. Então existe uma partição finita ou enumerável (Ai)i∈I(A_{i})_{i\in I} de AA e métricas (di)i∈I(d_{i})_{i\in I} nesses respectivos subconjuntos de forma que para todo i∈Ii\in I,

  1.  a)
    ​

    (Ai,di)(A_{i},d_{i}) são espaços poloneses disjuntos.

  2.  b)
    ​

    did_{i} e dd são equivalentes em AiA_{i} e di≥dd_{i}\geq d.

  3.  c)
    ​

    O diâmetro de AiA_{i} (com respeito a dd) é menor ou igual a rr.

Observe que podemos sempre escolher I=ℕI=\mathbb{N} mas nesse caso os AiA_{i} podem ser vazios.

Demonstração.

Obtemos através da separabilidade de EE, uma coleção de bolas (Bi)i≥1(B_{i})_{i\geq 1} com diâmetros limitados por rr e cobrindo EE. Então definimos

A1=B1,eAn=Bn∖\mcupi=0n−1⁢Bipara n≥1.A_{1}=B_{1},\quad\text{e}\quad A_{n}=B_{n}\setminus\mcup_{i=0}^{n-1}B_{i}\quad% \text{para $n\geq 1$.} (2.111)

Agora podemos dotar cada um dos AiA_{i} com a métrica did_{i} obtida através do Lema 2.10.1 (observe para tanto que os AiA_{i} são dados por interseções de um aberto com um fechado). As propriedades enunciadas no lema são trivialmente satisfeitas. ∎

Terminamos essa seção com esse importante resultado, que confirma nossa afirmação de que quase todos os espaços mensuráveis que podemos nos interessar são canônicos.

{theorem}

Todo sub-conjunto boreliano de espaço polonês (E,d)(E,d) é canônico.

Demonstração.

Primeiramente, pelo Lema 2.10, basta mostrar que todo espaço EE polonês é canônico. Pelo Lema 2.10 e novamente o Lema 2.10, {display} basta construir uma função bi-mensurável ϕ:E→B∈ℬ⁢(ℕℕ)\phi:E\to B\in\mathcal{B}(\mathbb{N}^{\mathbb{N}}) e depois compô-la com uma função bi-mensurável ϕ′:B→C∈ℬ⁢(ℝ)\phi^{\prime}:B\to C\in\mathcal{B}(\mathbb{R}).

Para começar, construiremos uma partição encaixada de EE. Mais precisamente, defina os conjuntos MnM_{n} que serão utilizados como índices

Mn=ℕnpara n≥1 eM=∪nMn.M_{n}=\mathbb{N}^{n}\quad\text{para $n\geq 1$ e}\quad M=\cup_{n}M_{n}. (2.112)

Vamos definir borelianos AmA_{m} de EE e métricas dmd_{m} em AmA_{m} para cada m∈Mm\in M. Faremos isso da seguinte forma:

  1.  a)
    ​

    se m=i∈M1m=i\in M_{1}, então definimos A1,A2,A3,…A_{1},A_{2},A_{3},\dots e d1,d2,d3,…d_{1},d_{2},d_{3},\dots como no Lema 2.10.1 com r=1r=1,

  2.  b)
    ​

    se (Am,dm)(A_{m},d_{m}) já foi definido para algum m∈Mnm\in M_{n}, então utilizamos também o Lema 2.10.1 com r=1/nr=1/n para particionar o conjunto AmA_{m} (com a métrica dmd_{m}) em A(m⁢,1),A(m⁢,2),…A_{(m,1)},A_{(m,2)},\dots com suas respectivas métricas d(m⁢,1),d(m⁢,2),…d_{(m,1)},d_{(m,2)},\dots

Obviamente suporemos que são válidas as propriedades de tais métricas garantidas pelo Lema 2.10.1.

Podemos desde já definir ϕ:E→ℕℕ\phi:E\to\mathbb{N}^{\mathbb{N}} e para tanto, considere x∈Ex\in E. Indutivamente

  1.  a)
    ​

    como {Am}m∈M1\{A_{m}\}_{m\in M_{1}} formam uma partição de EE, definimos ϕ1⁢(x)\phi_{1}(x) como o único índice tal que x∈Aϕ1⁢(x)x\in A_{\phi_{1}(x)},

  2.  b)
    ​

    se já encontramos ϕ1⁢(x),…,ϕn⁢(x)\phi_{1}(x),\dots,\phi_{n}(x) tal que x∈A(ϕ1⁢(x),…,ϕn⁢(x))x\in A_{(\phi_{1}(x),\dots,\phi_{n}(x))}, então o fato que particionamos o último conjunto na definição de AmA_{m}, m∈Mn+1m\in M_{n+1} nos garante que podemos definir unicamente ϕn+1⁢(x)\phi_{n+1}(x) de forma a continuar a indução.

Da maneira acima já obtivemos ϕ⁢(x)=(ϕ1⁢(x),ϕ2⁢(x),…)\phi(x)=(\phi_{1}(x),\phi_{2}(x),\dots). Para terminar, devemos mostrar que ϕ\phi é bi-mensurável quando seu contra-domínio é restrito à sua imagem.

Isso começa com a prova de que ϕ\phi é injetiva. Se ϕ⁢(x)=ϕ⁢(y)\phi(x)=\phi(y), então existe uma sequência mn∈Mnm_{n}\in M_{n} tal que x,y∈Amnx,y\in A_{m_{n}} para todo nn. Mas isso não é possível dado que o diâmetro de Amn+1A_{m_{n+1}} é menor ou igual a 1/n1/n na métrica dmn≥dd_{m_{n}}\geq d. Isso mostra que x=yx=y.

Vejamos agora que ϕ\phi é mensurável. Seja w∈ℕℕw\in\mathbb{N}^{\mathbb{N}} tal que ϕ⁢(x)=w\phi(x)=w e tome G⊆ℕℕG\subseteq\mathbb{N}^{\mathbb{N}} com G={(w1,…,wl)}×ℕℕG=\{(w_{1},\dots,w_{l})\}\times\mathbb{N}^{\mathbb{N}} (esses conjuntos geram a σ\sigma-álgebra canônica em ℕℕ\mathbb{N}^{\mathbb{N}}). Claramente, ϕ−1⁢(G)=A(ϕ1⁢(x),…,ϕl⁢(x))\phi^{-1}(G)=A_{(\phi_{1}(x),\dots,\phi_{l}(x))}, de forma que mostramos que ϕ\phi é mensurável.

Para mostrar que sua inversa ψ:ϕ⁢(E)→E\psi:\phi(E)\to E é mensurável, veremos que ela é de fato contínua com respeito à Métrica de Hamming definida em (2.107). Dado n≥1n\geq 1, tomamos δ<2−n\delta<2^{-n}. Se w,w′∈ϕ⁢(E)w,w^{\prime}\in\phi(E) são tais que dH⁢(w,w′)<δd_{H}(w,w^{\prime})<\delta em ℕℕ\mathbb{N}^{\mathbb{N}}, então wi=wi′w_{i}=w^{\prime}_{i} para todo i≤ni\leq n, de forma que ϕ−1⁢(w)\phi^{-1}(w) e ϕ−1⁢(w′)\phi^{-1}(w^{\prime}) pertencem a A(w1,…,wn)A_{(w_{1},\dots,w_{n})}. A continuidade de ϕ−1\phi^{-1} segue do fato que o diâmetro de A(w1,…,wn)A_{(w_{1},\dots,w_{n})} é no máximo 1/n1/n (com respeito a d(w1,…,wn−1)d_{(w_{1},\dots,w_{n-1})} e portanto com respeito a dd).

Mas atenção, apesar de que parece que provamos o teorema, ainda falta mostrar que ϕ⁢(E)\phi(E) é mensurável. Para tanto, afirmamos que

ϕ⁢(E)=ℕℕ∖(⋃(w1,…,wk)∈ℰ{w1}×{wk}×ℕ×…),\phi(E)=\mathbb{N}^{\mathbb{N}}\setminus\Big{(}\bigcup_{(w_{1},\dots,w_{k})\in% \mathcal{E}}\{w_{1}\}\times\{w_{k}\}\times\mathbb{N}\times\dots\Big{)}, (2.113)

onde

ℰ:={(w1,…,wk)∈⋃n≥1ℕn:Aω1,…,ωk=∅︀}.\mathcal{E}:=\{(w_{1},\dots,w_{k})\in\bigcup_{n\geq 1}\mathbb{N}^{n}\,:\,A_{% \omega_{1},\dots,\omega_{k}}=\emptyset\}.

A igualdade acima será mostrada no que segue.

Dado w∈ϕ⁢(E)w\in\phi(E) existe x∈Ex\in E tal que ϕ⁢(x)=w\phi(x)=w. Como x∈Aw1,…,wnx\in A_{w_{1},\dots,w_{n}} para todo n≥1n\geq 1, esses conjuntos não são vazios. Logo ww não pertence à união em (2.113), mostrando o lado (⊆\subseteq) da equalidade. Finalmente, suponha que w=(w1,w2,…)w=(w_{1},w_{2},\dots) é tal que para todo k≥1k\geq 1, Aw1,…,wk≠∅A_{w_{1},\dots,w_{k}}\neq\varnothing. Tomamos portanto para todo k≥1k\geq 1 um ponto xk∈Aw1,…,wkx_{k}\in A_{w_{1},\dots,w_{k}}.

Afirmamos que

para todo nn, (xk)k≥n(x_{k})_{k\geq n} é Cauchy em (Aw1,…,wn,dw1,…,wn)(A_{w_{1},\dots,w_{n}},d_{w_{1},\dots,w_{n}}), (2.114)

o que segue logo do fato que por k≥n+1k\geq n+1, xk∈Aw1,…,wkx_{k}\in A_{w_{1},\dots,w_{k}} cujo dw1,…,wnd_{w_{1},\dots,w_{n}}-diâmetro é menor que 1/k1/k.

Consideramos xnx^{n} o limite de (xk)k≥n(x_{k})_{k\geq n} em (Aw1,…,wn,dw1,…,wn)(A_{w_{1},\dots,w_{n}},d_{w_{1},\dots,w_{n}}). É fácil de mostrar que xn=x0:=xx^{n}=x^{0}:=x (o limite da sequência em (E,d)(E,d)) para todo valor de nn. É suficiente ver que d⁢(xn,xk)≤dw1,…,wn⁢(xn,xk)d(x^{n},x_{k})\leq d_{w_{1},\dots,w_{n}}(x^{n},x_{k}), para todo k≥nk\geq n, o que implica que xnx^{n} é o limite em (E,d)(E,d).

Como consequência podemos concluir que x∈Aw1,…,wnx\in A_{w_{1},\dots,w_{n}} para todo nn e então que ϕ⁢(x)=ω\phi(x)=\omega, o que conclui a prova do teorema. ∎