关于Baby Rudin定理4.30的疑问:为何能为每个间断点关联不同的有理数值r(x)
我最近在读Baby Rudin,对定理4.30的证明有些地方搞不懂,先把定理和原文证明贴出来:
4.30 Theorem Let $f$ be monotonic on $(a, b)$. Then the set of points of $(a, b)$ at which $f$ is discontinuous is at most countable.
Proof Suppose, for the sake of definiteness, that $f$ is increasing, and let $E$ be the set of points at which $f$ is discontinuous.
With every point $x$ of $E$ we associate a rational number $r(x)$ such that
$$f(x-) < r(x) <f(x+).$$
Since $x_1 < x_2$ implies $f(x_1 +) \leq f(x_2 - )$, we see that $r(x_1) \ne r(x_2 )$ if $x_1\ne x_2$ We have thus established a 1-1 correspondence between the set $E$ and a subset of the set of rational numbers. The latter, as we know, is countable.
我最大的疑问是:为什么能给每个间断点$x$都关联一个不同的有理数$r(x)$?
我自己对这个定理的理解是这样的:任何由正实数组成的不可数集合$S$,其元素的和$\sum\limits_{s\in S}s$都会发散到无穷大;而对于单调递增函数的间断点集合$E$,所有间断点的跳跃值之和$\sum\limits_{x \in E}f(x+) - f(x-) <f(b-)- f(a+)$,是个有限值,所以$E$不可能是不可数的。但这个思路在Rudin的证明里完全没用到。
我甚至在想,如果真的存在一个由正实数组成的不可数集合$S$,它的元素和是收敛的,那是不是就能构造出一个有不可数个间断点的单调函数?那这样的话,Rudin证明里那种给每个间断点分配不同$r(x)$的操作就不可能实现了。当然这个例子只是我疑问的一部分,不是严格的证明。
让我困惑的地方在于:Rudin的证明完全没提到“不可数正实数集合的和必发散”这个结论,那是不是说他的证明不需要依赖这个结论就能成立?但如果真的存在那种有不可数个间断点的单调函数,那他的证明就站不住脚了啊。除非他的证明本身其实隐含了“不可数正实数集合的和必发散”这个事实?
备注:内容来源于stack exchange,提问作者pie

