זה יחסית קל להוכיח, אני חושב.
יהיו a ו-b שני מספרים ממשיים אי רציונלים. עד כמה שאני מבין, המשמעות היא שניתן להציג אותם כסדרה סופית של ספרות עשרוניות, נקודה עשרונית, וסדרה אינסופית של ספרות אינסופיות. מכיוון שתמיד ניתן לבחור בין יצוג עם 0 ליצוג עם 9, נבחר ב-0. (אם לא הבנתם את המשפט הזה, תתעלם ממנו) כעת, מכיוון ששני המספרים שונים, קיימת ספרה באחת הסדרות ששונה. נאמר הספרה ה-i אחרי הנקודה. כעת (יש להפריד למקרים אם הספרה היא 9 וכו´, אבל בעקרון) נבחר ספרה (או צמד ספרות) שיותר גדולה מהספרה ה-i במספר הקטן ויותר קטנה מהספרה ה-i במספר הגדול. כעת, נתבונן במספר הרציונלי שמורכב מאותה סדרת ספרות, רק שבמקום ה-i מופיעה ספרה חדשה. המספר הזה נמצא בין שני המספרים a ו-b, והוא רציונלי. מ.ש.ל. פתרון אחר: נניח בשלילה שקיימים שני מספרים אי רציונלים a<b כך שאין ביניהם מספר רציונלי. כמו-כן, נניח כי הם המקסימלים במובן הבא: נסמן d=(b-a)/2, ואז קיים מספר רציונלי בקטע (a-d,b) וקיים מספר רציונלי בקטע (a,b+d). שימו לב שאין זו הגבלה, שכן אם לא קיים מספר בקטע הנ"ל, הרי שאפשר להאריך את הקטע המקורי ב-d ולקבל קטע חדש חסר רציונלים. התהליך חייב להסתיים, שכן כל פעם קופצים מרחק קבוע (d) ואי אפשר להמשיך עד אינסוף כי מתישהו ניתקל במספר שלם... כעת, נסמן ב-p את המספר הרציונלי שבקטע (a-d,a) וב-q את המספר הרציונלי שבקטע (b,b+d) נשים לב ש: a-d +b = a + (a-b)/2 +b = a + (a+b)/2 > 2a b+d+a = b + (b-a)/2 + a = b + (b+a)/2 < 2b ולכן: 2a < a - d + b < p + q < b + d + a < 2b נחלק ב-2 ונקבל ש-p+q/2 נמצא בקטע (a,b) בסתירה להנחה שאין בקטע מספרים רציונלים. מ.ש.ל. אהד.