id писал(а):
Что лично меня смущает в соображении - так это сама возможность выбора точек

.
Добавлено спустя 19 минут 13 секунд:А чтобы вот это доказать, я и прибегнул в уме к такому рассуждению - пусть выбран

как указано выше и он покрывает всю "нижнюю" часть. Тогда можно рассмотреть покрытие
![$\{ [0,1]\times(\frac 1 k,1)\}_k$ $\{ [0,1]\times(\frac 1 k,1)\}_k$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/a/f/1/af1b81af3c19495c3700dd660d5ec4a882.png)
, ну или что-то похожее... Тогда из него нельзя будет выделить конечное подпокрытие компакта

противоречие. Аналогично для "верхней" части.
Что меня лично смущает сейчас - так всякие неформализованные "верхние", "нижние" части, ну и да, вот этот вот момент.
Я рассуждал немного по другому. Рассмотрим вертикальный отрезок

:

,

,
![$y\in [0,1]$ $y\in [0,1]$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/d/1/ed17459f66593a9765a8385920055e0c82.png)
. Тогда

компакт, который не содержит точек с координатами

и

. Это означает, что некоторые окрестности (на отрезке) этих точек не пересекаются с

. Вот в этих окрестностях и выбираем, произвольным образом, точки

и

. Тут нам не нужны "верхние" и "нижние" множества. Но что делать дальше, я не знаю.
Очень возможно, что прав Хорхе и мы не о том думаем.