(1)まずSはコンパクトかつ弧状連結(従って連結でもある)です。この証明はいいでしょう。
(2)これらの性質は位相不変量なので、Bもコンパクトかつ連結かつ弧状連結です。さてBの
適当な内点iを取ります。(Bに内点が存在しない場合は別に考えます。)
(3)Bのある2つの異なる境界点sとtを選ぶと、sとtを結ぶ弧であって、iを通り、かつsとt
以外の境界点を通らないようなものが存在します。(*1)
(4)さて、この弧をαとします。Bはαによって2つの領域に分けられます。(*2)
つまりB\αは連結ではありません。
(5)ところで球面Sの点f(s)とf(t)(もちろんf(s)≠f(t))を結ぶ任意の(交点を持たない)
弧βを考えるとSはβで分割されることはありません。すなわちS\βは連結です。(*3)
(6)f(α)もf(s)とf(t)を結ぶ弧なのでS\f(α)は連結です。(fは単射なのでf(α)は交点を
持ちません)しかし先に述べたようにS〜Bならば
B\α〜S\f(α)
でなければならないのでこれは矛盾しています。(B\α〜S\f(α)ならば両方とも連結であるか、
両方連結でないかのどちらかである)                      [証明終]