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Trouver les triangles équilateraux

Posté par
Vassillia
25-11-21 à 12:52

Bonjour à tous,

Une petite énigme qui j'espère vous plaira, il y a des dessins et la difficulté des questions varie fortement avec n donc il devrait y en avoir pour tous les gouts. On dispose d'une grille triangulaire de taille n qui définit l'emplacement de points, voir dessin ci dessous.

D'abord, on utilise tous les points mis à notre disposition
1a) Combien peut-on former de triangles équilatéraux dont les cotés passent par les pointillés ?
1b) Combien peut-on former de triangles équilatéraux sans tenir compte des pointillés ?

Ensuite, on garde uniquement les points dont on a envie
2a) Combien peut-on garder de points pour qu'il n'existe aucun triangle équilatéral dont les cotés passent par les pointillés ?
1b) Combien peut-on garder de points pour qu'il n'existe aucun triangle équilatéral sans tenir compte des pointillés ?

Exemple pour une grille de taille 5 mais faites varier n comme vous voulez bien sur donc autant commencer plus petit.

Trouver les triangles équilateraux

Posté par
Vassillia
re : Trouver les triangles équilateraux 25-11-21 à 12:53

Edit, c'est 2b) bien sur... si la modération passe par là

Posté par
LittleFox
re : Trouver les triangles équilateraux 25-11-21 à 14:14


Pour n=1:
1a) On a 1 triangle dont les sommets sont les points et les côtés sont sur les pointillés.
1b) On a 1 triangle dont les sommets sont les points.
2a) On peut garder 2 points sans qu'il n'existe de triangle dont les côtés sont sur les pointillés.
2b) On peut garder 2 points sans qu'il n'existe de triangle

Posté par
carpediem
re : Trouver les triangles équilateraux 25-11-21 à 14:30

salut

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Posté par
dpi
re : Trouver les triangles équilateraux 25-11-21 à 14:54

Bonjour,
De  quoi bien s'amuser.

1a)
Pour n=5 on voit 27 triangles équilatéraux:
lui même+16  tr unité+7 doubles et 3 triples.
Pour n=4    13   tr pour n=3    5tr
reste à trouver la loi pour n...

Posté par
derny
re : Trouver les triangles équilateraux 25-11-21 à 15:18

Bonsoir
Comme "je passe par là" j'avais étudié 1a donc j'ai la formule (je la donnerai + tard). Pour 1b j'entrevoie une formule mais ... à voir.

Posté par
derny
re : Trouver les triangles équilateraux 25-11-21 à 15:20

... j'entrevois...(et non j'entrevoie)

Posté par
dpi
re : Trouver les triangles équilateraux 25-11-21 à 15:45

J'entrevois aussi...

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Posté par
derny
re : Trouver les triangles équilateraux 25-11-21 à 16:03

Si n est le nombre de points sur la base et Tn le nombre de triangles équilatéraux alors, pour 1a on a :

 Cliquez pour afficher


Posté par
derny
re : Trouver les triangles équilateraux 25-11-21 à 16:05

Le blank a loupé. Pourtant il me semble que j'avais bien mis l'image dans le texte blanké (les 2 tiraits en fait).

Posté par
derny
re : Trouver les triangles équilateraux 25-11-21 à 16:09

Pour 1b j'ai fait rapidement donc je ne suis pas sûr du tout car je n'ai pas fait toutes les vérifications.
J'obtiens :

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Posté par
derny
re : Trouver les triangles équilateraux 25-11-21 à 17:41

Pour 2a :

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Posté par
Vassillia
re : Trouver les triangles équilateraux 25-11-21 à 21:38

Ah ben contente que ça vous plaise !

LittleFox est un malin, il a certes répondu à toutes les questions mais uniquement pour n=2 (en fait je compte les points sur un coté pour la taille). C'est un début effectivement...
La question 1a) est réglée : dpi a bien compté tous les triangles équilatéraux pour n jusque 5 et la formule de derny généralise tout ça. Peut-être s'est t'il servi de la méthode de carpediem, je ne sais pas trop mais en tout cas bien joué à vous tous.

Par contre, j'ai des doutes pour les autres formules :
-pour la question 1b) tu m'annonces 37 triangles équilatéraux avec n=4, est-ce que tu peux me les montrer ?
-pour la question 2a) tu m'annonces aucun triangle équilatéral sur les pointillés en gardant 7 points avec n=4, peux tu me montrer comment ?

Posté par
derny
re : Trouver les triangles équilateraux 25-11-21 à 23:55

Bonsoir Vassillia
C'est 27+2x5=37 pour n=5, n étant pour moi le nombre de pts sur la base.
Pour n=4 on aurait 13+2x1=15
Pour la question 2a c'est faux en effet.

Posté par
Vassillia
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 00:15

Oui pardon, je voulais dire que tu me montres les 37 triangles pour n=5, je ne pense pas qu'il y en ait autant. Tu peux te contenter de me montrer ceux qui ne sont pas sur les lignes pointillés puisqu'on est déjà d'accord pour ceux là.

Le 1b) me semble faux également même si je suis d'accord pour la valeur précédente de 15 triangles pour n=4

Posté par
dpi
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 09:14

Pour n=5
Si j'ai bien compris combien de triangles équilatéraux peut-on voir?

1     le grand
16   coté unité
7     coté 2 unités     ( 4 évidents +3 décalés)
3      coté  3 unités
Total  27
On notera que pour tout n on aura  3 et 1 et( n-1)² dans la loi..
Donc    nbt =(n-1)²+    x +......    + 3+1
x  fonction de n-2  ,je cherche encore

Posté par
dpi
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 09:22

Mon image. JPG  ne fait que  34  Ko et ne se charge pas

Posté par
derny
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 11:26

Bonjour
Pour 1b j'ai répondu sans vraiment réfléchir. Donc c'est faux. Mais il y a de l'idée dans l'air qu'il faut creuser. Pour n=5 on a 4 tr équilatéraux plus leurs symétriques ce qui fait 8 tr équilatéraux "hors lignes". Voir figure.

Posté par
derny
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 11:27

L'image de 32 Ko refuse aussi de se télécharger. Que se passe-t-il ?

Posté par
Vassillia
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 14:08

Effectivement pour n=5, il y a bien :
27 triangles équilatéraux en suivant les lignes pointillés comme le dit dpi
27+8=35 triangles équilatéraux sans tenir compte des lignes pointillés comme le dit derny.
Je ne sais pas pour les images mais vous pouvez toujours utiliser des hébergeurs d'images et mettre le lien en attendant.
Bon courage pour la généralisation ou pour les plus grandes valeurs

Posté par
mathafou Moderateur
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 15:06

Bonjour,

test d'images :

Trouver les triangles équilateraux

Posté par
mathafou Moderateur
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 15:10

parmi les causes possibles de rejet d'une image png de 32Ko (!) signalons le cas d'une image d'extension ".png" mais qui n'est pas au format interne png
(par exemple une image jpeg avec une extension png)
je le signale parce que ça m'était déja arrivé

(edit : ou le contraire, une image en format png avec une extension jpg etc)

Posté par
dpi
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 16:13

En értudiant n=6 et 7

On trouve  

n          nbt
2           1
3           + 1 =5
4           +  3 +1  =13
5           + 7+ 3 +1 = 27
6           +13+6+ 3 +1 = 47
7            + 21+11+6+3+1  = 78

On est sûr du 1er terme et des deux derniers .
Ensuite , je sens une influence de la parité de n et de Fibonacci

Posté par
Vassillia
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 16:36

Presque, il en manque pour n=6 mais sinon c'est tout bon !

Posté par
dpi
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 16:37

En attendant et grâce au dessin qu'a réussi à poster mathafou

Pour 1b)   et pour n=5 je trouve 6+2 = 8 triangles  équilatéraux.

Posté par
Vassillia
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 16:39

Oui du coup cela fait bien 27+8 triangles équilatéraux en tout (il ne faut pas oublier ceux qu'on a déjà trouvé à l'étape 1a)

Posté par
dpi
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 16:51

>Vassillia

je ne vois pas pour n=6    25 triangles coté unité
                                                       10+3 triangles 2 unités
                                                         6  triangles 3 unités
                                                          3 triangles 4 unités    
                                                          1 triangle de base

Posté par
Vassillia
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 17:08

Oui d'accord mais 25+13+6+3+1=48 non ?
Je n'avais pas regardé le détail de tes calculs, juste le résultat...

Posté par
dpi
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 17:34

Et moi ,j'ai vérifié le détail et pas la somme

Posté par
derny
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 22:28

Bonsoir
dpi le cas 1a est résolu (voir ma formule du 25/11 à 16h03).
1, 5, 13, 27, 48, 78, 118, 170, 235, 315, 411, 525, 658, 812, 988, 1188, 1413, 1665, 1945, 2255,....
C'est le cas 1b qu'il faut mettre en formule générale. Ce devrait être faisable. Pour le cas 2a il y aurait effectivement quelque chose qui ressemblerait à Fibonacci. J'ai d'autres préoccupations en ce moment mais j'essaierai de m'y remettre dans quelques temps à moins qu'on trouve d'ici là.

Posté par
jandri Correcteur
re : Trouver les triangles équilateraux 26-11-21 à 22:56

Bonsoir,
la formule générale pour la question 1b) est plus simple que pour la question 1a).
Pour une grille avec n points sur un côté du grand triangle équilatéral le nombre de triangles équilatéraux (d'orientation quelconque) qu'on peut tracer est égal à :

 Cliquez pour afficher

Posté par
dpi
re : Trouver les triangles équilateraux 27-11-21 à 08:35

Bonjour,
Pour  1a)
Mon idée de termes est nettement  battue  par  la formule de derny.
Pour 1b)
Parfait.

Posté par
Vassillia
re : Trouver les triangles équilateraux 27-11-21 à 15:18

La formule de jandri est très bien car elle est tout à fait correcte mais pour que ce soit parfait, il aurait fallu une petite démonstration

Posté par
derny
re : Trouver les triangles équilateraux 03-12-21 à 09:32

Bonjour. (réapparition provisoire)
Belle formule en effet de Jandri qui peut prendre plusieurs formes, en factorisant ou comme celle-ci par exemple : (n+2)!/24(n-2)!
Cependant, comme Vassillia je n'ai pas compris sa démarche "simple" par combinaisons car la mienne est plus laborieuse. si Jandri pouvait nous éclairer ...

Posté par
Vassillia
re : Trouver les triangles équilateraux 03-12-21 à 14:04

Puisque ça t'intéresse,
Le nombre de triangle équilatéraux de la même orientation que le triangle d'origine qui comporte n-i+2 points sur le coté est 1+2+3+...+i-1=C_i^2 pour  i=2...n en comptant étage par étage.

Dans chacun des triangles définis précédemment, on peut choisir n-i+1 points pour former un triangle équilatéral à l'intérieur (voir figure ci dessous) et on les aura tous ainsi.
Donc le nombre attendu est \sum_{i=2}^n (n-i+1)C_i^2=\sum_{i=2}^n \sum_{j=2}^k C_j^2 = \sum_{i=3}^{n+1}C_i^3=C_{n+2}^4

Trouver les triangles équilateraux

Posté par
Vassillia
re : Trouver les triangles équilateraux 03-12-21 à 14:07

Edit : il faut lire i au lieu de k dans la somme

Posté par
jandri Correcteur
re : Trouver les triangles équilateraux 03-12-21 à 17:07

Bonjour,

c'est la solution que l'on trouve en lien sur la page de la suite A332 de l'OEIS (voir ).

J'ai cherché une solution faisant apparaître directement le coefficient binomial C_{n+2}^4 mais je n'ai pas encore trouvé.

Posté par
derny
re : Trouver les triangles équilateraux 03-12-21 à 20:54

Bonsoir. Bien vu le raisonnement qui était au final assez simple. Encore fallait-il le penser.
J'ai des formules donnant le nombre de losanges et le nombre d'hexagones qui suivent les pointillés. Je vous laisse chercher.

Posté par
jandri Correcteur
re : Trouver les triangles équilateraux 04-12-21 à 09:33

Bonjour,

je pense avoir trouvé une démonstration sans calculs du résultat.

J'appelle droit un triangle équilatéral de la même orientation que le triangle d'origine.

Un triangle équilatéral formé à partir de trois points de la grille s'appuie sur un unique triangle droit, on note b le nombre de points sur ses côté. Réciproquement, sur un triangle droit ayant b points sur le côté on peut placer b-1 triangle équilatéraux numérotés par un entier a compris entre 1 et b-1 (voir le dessin de Vassillia quatre messages au-dessus).

Chaque triangle droit ayant b points sur le côté est posé sur une ligne horizontale de d points (d\leq n), l'extrémité droite étant en position c (avec b\leq c\leq d).

Finalement il y a autant de triangles équilatéraux que de quadruplets (a,b,c,d) vérifiant 1\leq a<b\leq c\leq d\leq n, ou encore en posant c'=c+1 et d'=d+2, autant que de quadruplets (a,b,c',d') vérifiant 1\leq a<b< c'< d'\leq n+2, donc {n+2\choose 4}.

Posté par
Vassillia
re : Trouver les triangles équilateraux 04-12-21 à 14:35

Bravo jandri, ça reprend la même idée mais je trouve que c'est plus élégant que de passer par les sommes, j'aime bien

Posté par
jandri Correcteur
re : Trouver les triangles équilateraux 04-12-21 à 15:49

Merci Vassillia, j'ai beaucoup cherché avant de trouver cette solution. Je te remercie d'avoir posé cet exercice car je connaissais bien le 1a) mais pas du tout le 1b).

Même si je ne prends pas souvent le temps de chercher tes exercices quand tu les proposes je les cherche après coup.

Posté par
Vassillia
re : Trouver les triangles équilateraux 04-12-21 à 18:50

Tu peux toujours t'attaquer à la question 2)
LittleFox a commencé mais je pense qu'on devrait pouvoir la résoudre pour certains n>2 en revanche trouver une formule générale me semble trop optimiste. Il n'y en a pas sur OEIS en tout cas.



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