Bukti Furstenberg
Didefinisikan topologi pada
—yang dikenal sebagai topologi bilangan bulat berjarak sama—dengan mendefinisikan suatu himpunan
sebagai himpunan terbuka jika dan hanya jika
atau
dapat dinyatakan sebagai gabungan dari barisan aritmetika
, yaitu

dengan
. Hal ini setara dengan menyatakan bahwa
adalah himpunan terbuka jika dan hanya jika untuk setiap
, terdapat suatu bilangan bulat
sedemikian sehingga
. Berdasarkan definisi yang telah diberikan, maka aksioma untuk ruang topologi dapat dengan mudah diverifikasi:
Operasi irisan berhingga bersifat tertutup —
Diambil sembarang
. Misalkan
adalah koleksi dari sembarang
himpunan terbuka. Didefinisikan himpunan
Terdapat dua kasus yang mungkin terjadi:
- Jika setiap pasangan himpunan pada
bersifat saling lepas—yaitu
jika
—maka
. Akibatnya, terbukti bahwa irisan dari sembarang
himpunan terbuka juga merupakan himpunan terbuka.
- Jika
, maka terdapat suatu elemen
. Akibatnya, berlaku
untuk setiap
. Diketahui bahwa
adalah himpunan terbuka untuk setiap
, maka terdapat
sedemikian sehingga
. Dengan memilih
, maka berlaku
untuk setiap
. Dengan kata lain, terdapat
sedemikian sehingga
, yang menunjukkan bahwa
merupakan himpunan terbuka. Alhasil, terbukti bahwa irisan dari sembarang
himpunan terbuka juga merupakan himpunan terbuka.
Topologi ini memiliki dua sifat yang perlu digarisbawahi:
- Oleh karena setiap himpunan terbuka tak kosong memuat takhingga banyaknya elemen, setiap himpunan hingga tak kosong bukanlah himpunan terbuka. Dengan kata lain, komplemen dari sembarang himpunan hingga tak kosong bukanlah himpunan tertutup.
- Himpunan basis
merupakan himpunan terbuka sekaligus tertutup, sebab
merupakan himpunan terbuka (berdasarkan definisi), dan komplemen dari
ialah 
Perhatikan bahwa setiap bilangan bulat selain
dan
merupakan kelipatan dari suatu bilangan prima. Akibatnya,
dengan
menyatakan himpunan semua bilangan prima. Berdasarkan sifat pertama, himpunan
bukan merupakan himpunan tertutup. Di sisi lain, setiap himpunan
merupakan himpunan tertutup, berdasarkan sifat kedua. Andaikan
merupakan himpunan hingga, maka ruas kanan merupakan gabungan berhingga dari sekumpulan himpunan tertutup. Oleh karena gabungan berhingga dari sekumpulan himpunan tertutup juga merupakan himpunan tertutup, maka terjadi kontradiksi. Akibatnya, asumsi bahwa
merupakan himpunan hingga bernilai salah, sehingga
haruslah himpunan takhingga. Dengan kata lain, terdapat takhingga banyaknya bilangan prima.