Suponha por contradição que P1=⟨v0,…,vk⟩ e P2=⟨u0,…,uk⟩ dois caminhos em G de comprimentok sem vértices comuns.
Como G está conectado, existe um caminho P′ liga vi a uj para alguns i,j∈[1,k] modo que P′ não compartilha vértices com P1∪P2 além de vi e uj . Digamos P′=⟨vi,x0,…,xb,uj⟩(Note-se que pode não haver xi vértices, isto é, b podem ser0 - a notação é um pouco deficiente embora).
Sem perda de generalidade, podemos assumir que i,j≥⌈k2⌉(sempre podemos reverter a numeração). Em seguida, pode-se construir um novo caminhoP∗=⟨v0,…,vi,x1,…,xb,uj,…,u0⟩(indo ao longoP1avi, em seguida, através da ponte formado porP′auj, depois ao longo deP2au0 ).
Obviamente, P∗ tem comprimento pelo menos k+1 , mas isso contradiz a suposição de que G não possui caminhos de comprimento maior que k .
Portanto, quaisquer dois caminhos de comprimento k devem se cruzar em pelo menos um vértice e sua observação de que ele deve estar no meio (se houver apenas um) segue como você raciocinou.