Prova do critério de minimalidade de MSTs baseado em circuitos

[Enunciado]  Notação: O custo de uma aresta e será denotado por ce. O custo de um sub­grafo não-dirigido (por exemplo, uma árvore geradora) S será denotado por c(S).

Parte 1: Se uma árvore geradora T é uma MST então cect para cada aresta e fora de T e qualquer aresta t do único circuito em T + e.

Prova: fácil.

Parte 2: Seja T uma árvore geradora.  Se cect para cada aresta e fora de T e qualquer aresta t do único circuito em T + e então T é uma MST.

Prova: Escolha uma MST M que minimize a diferença MT, ou seja, minimize o número de arestas em M que não estão em T (o que equivale a maximizar o número de arestas em MT). Provaremos que MT é vazio.

Suponha, por contradição, que MT não é vazio. Escolha uma aresta m de custo mínimo MT. Seja C o único circuito em T + m. Como M não tem circuitos, C tem alguma aresta em TM. Por hipótese,

ctcm.

Agora considere o único circuito D em M+t. Seja m' uma aresta de D em MT. É claro que M+tm' é uma árvore geradora. Em virtude da maneira como escolhemos m, temos cmcm' e portanto

ctcm'.

Logo, c(M+tm') ≤ c(M). Portanto, M+tm' é uma MST. Como t está em TM, o conjunto (M+tm') − T é menor que o conjunto MT. Isso contradiz a maneira como escolhemos M.  A contradição mostra que MT é, de fato, vazio. Como M e T têm o mesmo tamanho, temos M = T. Portanto T é uma MST.