Sea [math] G [/ math] un gráfico conectado y [math] x, y [/ math] vértices de [math] G [/ math]. Deje [math] P [/ math] ser [math] xy [/ math] -geodesic. Luego, para todos los vértices [matemática] u, v [/ matemática] de [matemática] P [/ matemática], el subpata de [matemática] P [/ matemática] de [matemática] u [/ matemática] a [matemática] v [ / math] es [math] uv [/ math] -geodesic. ¿Puedes probarlo?

Sí, puedo.

Prueba:

Sea [matemática] P [/ matemática] una ruta más corta de longitud [matemática] k [/ matemática] entre vértices [matemática] x [/ matemática] y [matemática] y [/ matemática] en [matemática] G [/ matemática ], atravesando los vértices [matemática] z_1, z_2, z_3, \ ldots, z_k, z_ {k + 1} [/ matemática], donde [matemática] x = z_1 [/ matemática], [matemática] y = z_ {k +1} [/ math] y [math] (z_i, z_ {i + 1}) [/ math] es un borde de [math] G [/ math] para todos [math] i \ in \ {1,2 , \ ldots, k \} [/ math]. Deje [math] u = z_i [/ ​​math] y [math] v = z_j [/ math] para algunos [math] i <j [/ math]. Suponga que la ruta secundaria [matemática] P ^ \ prime [/ matemática] entre vértices [matemática] u [/ matemática] y [matemática] v [/ matemática] en [matemática] P [/ matemática] no es una de las rutas más cortas entre vértices [matemáticas] u [/ matemáticas] y [matemáticas] v [/ matemáticas] en [matemáticas] G [/ matemáticas]. Entonces existe otra ruta [matemática] P ^ * [/ matemática] entre [matemática] u [/ matemática] y [matemática] v [/ matemática] en [matemática] G [/ matemática] que es más corta que [matemática] P ^ \ prime [/ math], atravesando los vértices [math] v_1, v_2, \ ldots, v_ \ ell [/ math], donde [math] v_1 = z_i [/ ​​math], [math] v_ \ ell = z_j [ / math] y [math] (v_p, v_ {p + 1}) [/ math] es un borde de [math] G [/ math] para todos [math] p \ in \ {1,2, \ ldots, \ ell-1 \} [/ math]. Pero luego el camino entre [matemáticas] x [/ matemáticas] y [matemáticas] y [/ matemáticas] atravesando los vértices [matemáticas] z_1, \ ldots, z_i, v_2, \ ldots, v _ {\ ell-1}, z_j, z_ {j + 1} \ ldots, z_k [/ math] es más corto que [math] P [/ math], lo que contradice el hecho de que [math] P [/ math] es el camino más corto entre los vértices [math] x [/ matemáticas] y [matemáticas] y [/ matemáticas] en [matemáticas] G [/ matemáticas].

Alexander Farrugia ha dado una prueba. Solo quiero agregar que P no es necesariamente un camino más corto. En ese caso, la prueba debe modificarse.

Por ejemplo, en una esfera (digamos que es la Tierra) hay dos geodésicas desde aquí hasta mi chimenea. Uno tiene una longitud de unos 3 metros, el otro tiene una longitud de unos 40000 km. Es mejor definir una geodésica como una ruta que es localmente más corta, es decir, tiene la propiedad que está tratando de probar. Luego, puede usar la prueba de Alex como una especie de condición de consistencia: si la supuesta geodésica que conecta dos puntos en el camino es la más corta, entonces lo mismo es cierto para cualquier subruta. Esto muestra que la condición está bien definida.