دقیقا مثل حالتی که $ \mu(A_1)< \infty $ ثابت می شود. با این تفاوت که قرار می دهیم:
$ B_n=A_k\setminus A_n$ برای $n> k $ . در اینصورت $B_{n+1}\subset B_{n+2}\subset ... $ و $ \cup_{k+1}^\infty B_n=A_k\setminus (\cap_{k+1}^\infty A_n)$ . برای $ n>k $ داریم $\mu(A_k)=\mu(B_n)+\mu(A_n) $ و
$$A_k=\big( A_k\setminus \cap_{k+1}^\infty A_n\big)\cup\big(\cap_{k+1}^\infty A_n\big)=(\cup_{k+1}^\infty B_n)\cup (\cap_1^\infty A_n) $$
در اینصورت
$$\begin{align} \mu(A_k)&=\mu(\cup_{k+1}B_n)+\mu(\cap_1^\infty A_n)\\
&=\mu(\cap_1^\infty A_n)+\lim_{n\to\infty}\mu(B_n)\\
&=\mu(\cap_1^\infty A_n)+\lim_{n\to\infty}(\mu(A_k)-\mu(B_n))\\
&=\mu(\cap_1^\infty A_n)+\mu(A_k)-\lim_{n\to\infty}\mu(B_n) \end{align}$$
و از $\mu(B_n)< \infty $ نتیجه حاصل می شود.