Как доказать, что кратчайшее расстояние именно по прямой, а не по какому-нибудь кривому пути?
Зависит от того, что считается уже доказанным. Ну вот например "неравенство треугольника" говорит нам, что длина одной стороны всегда меньше или равна сумме длинн двух других. Вы его умеете доказать? Принимаете как ранее доказанное?