ok vale, entonces c = sup {x tales que m( (-infinito, x)) > x} no tendría que escribirse asi c = sup {x tales que m( a(-infinito, x)) > x}
?
Vuelvo a esto, a ver si estructuro un poco mejor la explicación.
Para un conjunto X de los números reales, decimos que tiene una
cota superior c si
c ≥
x para todo x de X.
Para un conjunto X en R, decimos que
s es su
supremo (
s = sup X) si para toda cota superior
c de X se cumple que
s ≤ c.
Si el supremo de un conjunto existe, entonces es trivial ver que es único. Si un conjunto está acotado, requiere un poco de trabajo pero se puede demostrar que entonces tiene supremo. Así que para cualquier subconjunto
X⊂ R que sea acotado, tiene un único supremo, y por lo tanto la función sup X está bien definida.
Ahora, pasamos a definir la función
a de la prueba. Esta función la estamos definiendo explícitamente a partir de la asunción de que R tiene el mismo cardinal que N. Según el OP, esto no quiere decir que exista una biyección o que se pueda decir que R sea numerable, pero como le indico, su "método alternativo" no escapa de la biyectividad.
Como tienen ambos el mismo cardinal, podemos poner todos los números reales en sucesión: r1, r2, r3, ..., rn, ...
Y entonces podemos definir la función a como a(rn) = 1/(2^n).
Esta función es mayor que 0 para todo número real sobre el que la evaluamos, y si tomamos la suma infinita nos sale 1, por lo que sabemos que tomando un conjunto finito de elementos de r, digamos {r1, r2, ..., rm}, la suma a(r1) + ... + a(rm) es menor (o igual) que 1 (y mayor que 0)
Ahora definimos la función
m.
El dominio de la función
m son todos los subconjuntos de R. La función m es en realidad la composición de dos funciones.
En primer lugar, sea S un subconjunto de R. Tomamos todos los subconjuntos finitos de S. A los elementos de esos subconjuntos, les aplicamos la función
a y sumamos todos los elementos.
Por la propiedad de
a, todas estas sumas van a ser menores o iguales que 1. Esto implica que el conjunto de las sumas de los a de los elementos de los subconjuntos finitos de S es un conjunto acotado, y por tanto tiene supremo.
La función m nos da el valor de ese supremo.
Formalmente se expresaría algo así:
Para S subconjunto de R, m(S) = sup{ suma para x en I de a(x) | para todo I subconjunto finito de S }
No sé si queda claro, o sea para todo subconjunto finito de S, tomamos sus elementos, les aplicamos a y tomamos las sumas, y esas sumas me forman un nuevo conjunto acotado, del cual tomamos el supremo, y ese es el valor de m(S). Es inmediato ver que los valores que toma la función m son mayores o iguales que 0 (y menores o iguales que 1).
Por último está la definición del elemento
c. Para definir
c, primero tomamos el conjunto A = {x tales que m((-infinito, x)) > x}, es decir, todos aquellos reales tales que tomando como S el intervalo abierto (-infinito, x), la función m aplicada a este intervalo es mayor que el propio x. Este conjunto no es vacío, ya que contiene al menos a todos los números negativos, y está acotado superiormente, ya que m no puede tomar valores arbitrariamente grandes. Por lo tanto, tiene supremo, y el valor de este supremo es
c.
Una vez que están claras todas estas definiciones, creo que es fácil de seguir la demostración. Lo que hace a grandes rasgos es, una vez que hemos establecido todas las demostraciones anteriores, construir explícitamente un número mayor que
c que pertenece al conjunto
A, lo cual es absurdo ya que
c es el supremo de A y por tanto mayor o igual que cualquier elemento de A.