p∈co(S) ⇔ 有限個のSの点 a_1,…, a_k と和が1となる非負の数 t_1,…, t_k があって p = t_1a_1 +…+ t_ka_k と書ける、はOK?
さらにちょっと頑張ると、S⊆ℝ^n ならこのkがn+1で取れるということがわかる。
よってコンパクト集合の凸包はコンパクト。