Sơ đồ tạo ảnh:

Ta có: 

Theo giả thiết: vật thật và ảnh trên màn ⇒ ảnh thật lớn hơn vật suy ra:

a = d1 + d’1 và d’1 > d1 > f > 0 (2)

Từ (1) và (2) ta có: d1.d’1 = f.(d1 + d’1) = f.a (3)

Theo định lý Vi-et đảo thì d1 và d’1 là nghiệm của phương trình: X2 – a.X + f.a = 0 (4)

Điều kiện để có hai vị trí của thấu kính cho ảnh rõ nét trên màn (E) là phương trình (4) phải có hai nghiệm X1 và X2.

Do đó ta phải có: Δ = a2 - 4fa ≥ 0 ⇒ f < a/4

Theo bất đẳng thức Cô-si:

Vậy điều kiện Δ = a2 - 4fa ≥ 0 luôn đúng. Trường hợp Δ = 0 thì d1 = d’1 = a/2, khi đó 2 vị trí của thấu kính trùng nhau.

⇒ luôn tồn tại hai vị trí của thấu kính trong khoảng Vật-Màn đều cho ảnh rõ nét trên màn (ĐPCM)