Соедините четыре дома, находящиеся в вершинах квадрата со стороной A, дорогой минимальной длины так, чтобы из каждого дома можно было попасть в любой другой, возможно, и через другие дома.
Лемма 2 - ерунда. Опровергается в два счета передвиганием одного из домов прямо на перекрёсток, ведь вдоль дороги - но конфигурация явно утрачивает минимальность. ;)
Ну и в целом не вижу, в чем проблема? Лемму 1 можно прочитать как «минимальную дорогу в треугольнике составляют биссектрисы» (не факт, конечно, что это именно так, но правдоподобно) - и диагонали квадрата вполне чудно ей подпевают? 8)
ЛЕММА 1. Соединим 3 дома, находящиеся в вершинах правильного треугольника, дорогой минимальной длинны. Для этого соединим центр треугольника с каждым домом.
ЛЕММА 2. Соединим 3 дома, общего положения. Точно также, дороги будут исходить из одной точки и идти в тех же трех направлениях. Почему? Это легко видно в другую сторону. Если мы будем передвигать дома по нашим дорогам дальше-ближе, то конфигурация дорог будет оставаться минимальной.
Поскольку никаких ограничений на ширину дороги не наложено, то минимальная длина дороги будет А - при ширине тоже А. XD XD XD
При дополнительном (!) ограничении на нулевую ширину дороги, минимальная длина составит 2А√2 - а дорога будет состоять из диагоналей квадрата.
И при еще более дополнительном 8)) ограничении на недопустимость разрывов и самопересечений, минимальная дорога будет состоять из трех сторон квадрата длиной 3А соответственно.