Ricordiamo che un insieme X è perfetto se ogni suo punto è di accumulazione per X e ogni punto di accumulazione è punto dell'insieme. In altri termini:
Ciò premesso, dimostriamo il teorema:
Teorema L'insieme di Cantor è un insieme perfetto
Dimostrazione
Abbiamo visto che un qualunque x appartenente a C ammette un'espansione ternaria del tipo
I casi possibili sono:
Nel caso 1 definiamo
Al variare di n tale formula definisce la successione di elementi di R:
che è manifestamente convergente a x:
per cui applicando la definizione di limite
onde x è di accumulazione per C. L'asserto segue dall'arbitrarietà di x in C. (altro…)
Per non perderci per strada cerchiamo di riepilogare i risultati raggiunti. Siamo partiti dall'insieme C0:
ovvero dall'intervallo [0,1] o ciò che è lo stesso, il segmento i cui estremi hanno ascissa 0 e 1, appartenente alla retta reale.
Dividiamo tale segmento in tre parti di pari lunghezza ossia in tre segmenti di lunghezza 1/3, dopodiché rimuoviamo il segmento centrale e chiamiamo C1 l'insieme ottenuto (che è l'unione di due intervalli disgiunti), come mostrato in figura:
Applichiamo lo stesso procedimento ai segmenti che compongono C1, ottenendo quattro segmenti ciascuno di lunghezza 1/9, come vediamo dalla figura:
Una suddivisione ulteriore restituisce otto segmenti ciascuno di lunghezza 1/27, come appare dalla figura:
Ripetendo un numero infinito di volte tale operazione di suddivisione, otteniamo infiniti segmenti di lunghezza infinitesima, giacché la k-esima suddivisione restituisce 2k segmenti ciascuno di lunghezza 3-k Poniamo