E(t_0) = (1/2)*m*v(t_0)^2 + (-G*M*m)/r(t_0) = 0

であれば,質点 m は無限遠に行くというのはどうやって証明するのでしょうか?

v(t_0) の向きが質点 M の位置を始点とし,質点 mの位置を終点とする向きのときには,

0 = (1/2)*m*v(t)^2 + (-G*M*m)/r(t) < (1/2)*m*v(t)^2

より,常に v(t) > 0 なので,無限遠を目指して永遠に飛んでいきます.

v(t_0) の向きがそれ以外の場合に,すべての t に対して, |r(t)| < K となる実数 K が存在することがないことはどうやって証明するのでしょうか?