Пусть прообраз любого открытого множества открыт.
Возьмём произвольную точку
, найдём
.
Возьмём произвольную
-окрестность точки
(розовый цвет) и найдём её прообраз (голубой цвет).
Так как прообраз (голубой) открыт, точка
имеет некоторую
-окрестность, целиком содержащуюся в прообразе (синий).
Найдём образ этой
-окрестности (красный). Может ли он быть как на рисунке, т.е. не содержаться в
-окрестности точки
(розовый)?
Очевидно, нет, ведь каждая точка
-окрестности
(синий) содержится в прообразе (голубой)
-окрестности
, а образ любой его точки принадлежит
-окрестности
(розовый):
Итак, для произвольного
существует
-окрестность
(синий), образ которой (красный) содержится в
-окрестности
(розовый).