(2) ⇒ (1):設 x,y∈M 為相異兩點。由條件 (2),存在開集 U 使得 x,y∈U,且存在 f∈OM(U) 使得 f(x)=f(y)。
令 d=∣f(y)−f(x)∣>0。因為 f 為 smooth 函數,存在 x 的開鄰域 Vx⊆U 使所有 z∈Vx,有 ∣f(z)−f(x)∣<2d。
同理,存在 y 的開鄰域 Vy⊆U 使得對所有 w∈Vy,有 ∣f(w)−f(y)∣<2d。於是我們知道 Vx∩Vy=∅,因為如果存在 p∈Vx∩Vy,則:
d=∣f(y)−f(x)∣≤∣f(y)−f(p)∣+∣f(p)−f(x)∣<2d+2d=d
為矛盾,也就是說不存在這種 p。因此 M 為 Hausdorff 空間。
(1) ⇒ (2):設 x,y∈M 為相異兩點。因為 M 為 Hausdorff 空間,存在不相交的開鄰域 U∋x 和 V∋y 使得 U∩V=∅。
因為 M 為 premanifold,存在 open cover (Uk)k∈K 使得每個 Uk 與某個 local ringed space 同構。因此存在 Ui 和 Uj 使得 x∈Ui 且 y∈Uj。
考慮開集 Ui∩U 和 Uj∩V。因為 U∩V=∅,我們有 (Ui∩U)∩(Uj∩V)=∅。
取 x 的開鄰域 Vx⊆Ui∩U 及函數 f∈OM(Vx) 使得 f(x)=0(此函數對應於 stalk OM,x 的 maximal ideal 中的元素)。同理,取 y 的開鄰域 Vy⊆Uj∩V 及函數 g∈OM(Vy) 使得 g(y)=0(對應於 stalk OM,y 中不在 maximal ideal 的元素)。
令 W=Vx∪Vy,則 W 為開集且 x,y∈W。因 Vx 與 Vy 不相交,可定義函數 h∈OM(W),在 Vx 上取 h:=f,在 Vy 上取 h:=g。於是 h(x)=f(x)=0 而 h(y)=g(y)=0,W 與 h 滿足條件 (2)。