1≦k<r なる k に対して 正規直交系 v1,⋯,vk が存在して 1≦i≦k なる任意の i に対して v1,⋯,vi が生成するベクトル空間と a1,⋯,ai が生成 するベクトル空間が一致すると仮定する。すなわち
S[v1,⋯,vi]=S[a1,⋯,ai](i=1,⋯,k) そのとき
ci=⟨ak+1,vi⟩(i=1,⋯,k) とおくと
⟨ak+1−i=1∑kcivi,vj⟩=0(j=1,⋯,k) である。
仮定より a1,⋯,ak,ak+1 が 1次独立で、帰納法の仮定で v1,⋯,vk は a1,⋯,ak の 1 次結合で表わされるから、
ak+1−i=1∑kcivi=0 よって
vk+1=∥∥ak+1−∑i=1kcivi∥∥ak+1−∑i=1kcivi とおくと、
⟨vk+1,vj⟩=0(j=1,⋯,k),∥vk+1∥=1 となる。帰納法の仮定と vk+1 の定義の式から、vk+1 は a1,⋯,ak+1 の1次結合で表わされ、同じ式から ak+1 は v1,⋯,vk+1 の 1次結合で表わされるから、
S[v1,⋯,vk+1]=S[a1,⋯,ak+1] が成り立つ。