La dimostrazione discende dalle note proprietà di cardinalità degli insiemi numerici in questione.
Infatti ricordiamo che l’insieme dei numeri razionali Q è un insieme numerabile, ovvero ha la stessa cardinalità dell’insieme N dei numeri naturali. Invece R è un insieme molto più grande di Q, e infatti non è¨ numerabile, non ha la stessa cardinalità di Q, bensì ha la cosidetta potenza del continuo.
Premesso ciò, siano quindi dati due numeri reali x e y, con x<y. Vogliamo trovare un numero irrazionale (= non razionale) che stia tra x ed y.
La seguente figura mostra come sia possibile stabilire una corrispondenza biunivoca tra l’intervallo aperto (x,y) e la semiretta aperta (0,+infinito):
Mettiamo infatti il segmento (x,y) verticalmente facendo coincidere x con l’origine 0 della semiretta reale, e proiettiamo da P i punti del segmento (x,y): otteniamo una corrispondenza 1 ad 1 con la semiretta aperta (0,+infinito).
Quello che abbiamo mostrato è dunque che il segmento aperto (x,y) ha la stessa cardinalità della semiretta (0,+infinito), che ha la stessa cardinalità dell’intera retta, ovvero R.
Ma allora l’insieme dei numeri tra x ed y non è numerabile; essendo invece in quantità numerabile l’insieme dei numeri razionali tra x ed y, ne segue che, nell’intervallo (x,y), esistono numeri che non sono razionali (dunque irrazionali).