Rappelons que
Nous procédons en trois étapes :
- : construisons une courbe :\mathbb {R} \supset I\rightarrow T_{p}M}
telle que , et . Comme , on peut poser . Alors,
Calculons maintenant le produit scalaire .
Décomposons en une composante tangente à et une composante normale à . En particulier, posons , .
L'étape précédente implique alors directement :
Il faut donc montrer que le second terme est nul, car, selon le lemme de Gauss, on devrait avoir
- :
définissons la courbe
- :]-\epsilon ,\epsilon [\times [0,1]\longrightarrow T_{p}M,\qquad (s,t)\longmapsto t\cdot v(s),}
avec et . On remarque au passage que
Posons alors
et calculons :
et
Donc,
On va vérifier maintenant que ce produit scalaire est en fait indépendant de la variable t, et donc que, par exemple,
car, selon ce qui a été donné plus haut,
étant donné que la différentielle est une application linéaire. Ceci prouverait alors le lemme.
- On vérifie que : c'est du calcul direct. En effet, on prend d'abord conscience du fait que les applications sont des géodésiques, i.e. . Alors,
Donc, en particulier,
car on a .