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Un dénombrement dans {1, . . , n} ²

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
25-02-07 à 01:07

Bonsoir;
Soit n un entier supérieur ou égal à 2.
Pour toute partie S de \{1,..,n\}^2 on peut définir ses deux projections c'est à dire ses images respectives par les deux applications:
(i,j)\mapsto i et (i,j)\mapsto j.
Combien y'a-t-il de parties de \{1,..,n\}^2 à projections disjointes ?

Posté par
Cauchy
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 25-02-07 à 01:15

Salut,

tu peux donner un exemple pour n petit?

Si je prend n=5,S={1,3}*{2,4} alors qu'est ce que tu entends  par projections disjointes?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 25-02-07 à 01:25

Bonsoir

Cauchy > si j'ai bien compris, dans ton exemple, les deux projections sont {1,2} et {3,4}


En fait, lorsque elhor parle de projection disjointes, je pense que cela signifie que les images des deux projections sont disjointes.

Kaiser

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 25-02-07 à 01:57

Oui c'est exactement ça kaiser , la partie S de Cauchy est un exemple de parties de \{1,..,5\}^2 à projections disjointes et si je ne me trompe il y'en a 841 au total

Posté par
Cauchy
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 25-02-07 à 02:00

Ok je vais chercher

Posté par
Cauchy
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 25-02-07 à 15:10

Je vais peut etre dire une betise mais une partie de 3$\{1,..,5\}^2 s'obtient comme le produit de deux parties A et B de 3$\{1,..,5\} ce qui donne 3$2^5*2^5=2^{10}=1024 parties.

Ca me parait plutot étrange qu'on en ait 841 à projections disjointes vu qu'en dénombrant par exemple les parties A*B avec A et B qui contiennent 1 on en a déja plus de 200.

Posté par
kaiser Moderateur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 25-02-07 à 15:13

Bonjour

Cauchy > je pense que ce n'est pas aussi simple que ça.
Une partie de cet ensemble n'est pas forcément un produit.
En effet, \Large{\{(1,0),(2,1)\}} n'est pas un produit car sinon, on aurait les éléments (1,1) et (2,0) ce qui n'est pas le cas.

Kaiser

Posté par
Cauchy
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 25-02-07 à 15:16

Effectivement je me doutais bien que je m'étais craqué

Posté par
Cauchy
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 25-02-07 à 19:21

Oui en fait il y a plutot 2^{n^{2}} éléments.

J'ai réfléchi un peu mais j'ai des horribles formules pas vu l'astuce encore

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 26-02-07 à 01:17

Bonsoir Cauchy et kaiser ;
Hormis la partie vide de \{1,..,n\}^2 qui est trivialement à projections disjointes , une partie non vide S de \{1,..,n\}^2 à projections disjointes peut se construire de la manière suivante:
\fbox{*} Pour k\ge1 on commence par choisir une partie \{i_1,..,i_k\} à k éléments de \{1,..,n\} (cette partie n'est en fait que l'image de S par la première projection).
\fbox{*} En suite on remarque que pour que S soit à projections disjointes il faut et il suffit que pour tout r\in\{1,..,k\}
l'ensemble \{j\in\{1,..,n\}/(i_r,j)\in S\} soit une partie non vide de \{1,..,n\}-\{i_1,..,i_k\}
Ce raisonnement (combinatoire) conduit à la formule:4$\red\fbox{\Bigsum_{k=0}^{n}C_{n}^{k}(2^{n-k}-1)^k}

Remarque:
Ce nombre est aussi celui des matrices M de M_n(\mathbb{R}) qui sont à coefficients dans \{0,1\} et telles que M^2=0 . (sauf erreur bien entendu)

Posté par
Cauchy
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 26-02-07 à 01:22

Oh non je regarde pas lol

Posté par
Camélia Correcteur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 26-02-07 à 14:10

Bonjour
Je mets quand même ce que j'avais préparé avant de me connecter, d'abord parceque à première vue on n'a pas les mêmes bornes dans la somme, mais ça doit coïncider puisque nous avons la même valeur,
mais surtout, parceque j'espérais une autre formule!

D'abord, il y a le vide.
Soit A une partie non vide vérifiant les conditions et soit k=card(p1(A)). (Donc 1kn-1)
Pour chaque a de p1(A), l'ensemble des b tels que (a,b) A est une partie non vide du complémentaire de p1(A), donc
2n-k-1 possibilités pour chaque a de p1(A) et (2n-k-1)k pour les parties qui ont la même projection que A.
Comme il y a Cnk parties dont la projection a k éléments, ma formule est:

\Large\fbox{\fbox{1+\sum_{k=1}^{n-1}C_n^k\ (2^{n-k}-1)^k}}

ce qui donne bien 841 pour n=5.

Le degré de mochitude sur l'echelle de kaiser de cette formule étant très élevé et mes tentations d'amélioration ayant fait plus de mal que de bien,
j'espère que l'un de vous a obtenu une formule plus jolie, ce qui fournirait en prime une identité "remarquable".

Posté par
kaiser Moderateur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 26-02-07 à 14:18

Salut camélia

En fait, tu as trouvé le même résultat qu'elhor.
En effet, ton 1 correspond à celui d'elhor pour k=0 et le terme d'ordre n de la somme d'elhor est nulle.
Donc finalement, vous avez trouvé exactement la même chose.

Kaiser

P.S :

Citation :
Le degré de mochitude sur l'echelle de kaiser de cette formule étant très élevé


Posté par
Camélia Correcteur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 26-02-07 à 14:24

Salut kaiser
Je me doutais bien d'un truc comme ça! Je l'ai mis d'abord pour comprendre, et ensuite j'étais trop fière d'avoir réussi un cadre pour le laisser se perdre... (Comment fait-on du rouge?)

Posté par
kaiser Moderateur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 26-02-07 à 14:30

En \LaTeX, tu écrire \red{} et tu mets entre accolades ce que tu veux mettre en couleur.
Plus généralement, pour mettre de la couleur tu écris \couleur{} ou "couleur" est le nom de la couleur mais en anglais bien sûr.

Ici, ça sera \Large\red\fbox{\fbox{1+\sum_{k=1}^{n-1}C_n^k\(2^{n-k}-1)^k}}

ce qui donne \Large\red\fbox{\fbox{1+\sum_{k=1}^{n-1}C_n^k\(2^{n-k}-1)^k}}

Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 26-02-07 à 14:32

en fait même sans accolades ça marche aussi !
Les accolades c'est simplement pour sélectionner uniquement ce que tu veux mettre en couleur.

Kaiser

Posté par
Camélia Correcteur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 26-02-07 à 14:42

\green{Merci\ beaucoup!}

Posté par
kaiser Moderateur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 26-02-07 à 14:44

\textrm{\red Mais je t'en prie !}

Posté par
Cauchy
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 27-02-07 à 00:13

Bravo à elhor et Camélia

elhor pour ta remarque choisir M revient à choisir les 3$m_{i,j} qui valent 1 et alors si on note 3$A=\{ (i,j) \; ,m_{i,j}=1\} on a:

3$M^2=0 ssi 3$\forall\, i,j \; \sum_{k=1}^{n} m_{i,k}m_{k,j}=0=\;\;\;\;\sum_{k\in\{1,\cdots,n\}\cap (i,k) \in A\cap (k,j)\in A} m_{i,k}m_{k,j} ssi on somme sur le vide ssi A est à projections disjointes.



P.S:comment on fait pour passer à la ligne quand on indice une somme?

C'est moche et pas tres compréhensible vous moquez pas

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 27-02-07 à 02:10

Bien vu cauchy ;
Si M=(m_{ij})\in M_n(\mathbb{R}) est à coefficients dans \{0,1\} alors :

3$\fbox{M^2=0\hspace{5}\Longleftrightarrow\hspace{5}A_M=\{(i,j)/m_{ij}=1\}\hspace{5}a{`}\hspace{5}projections\hspace{5}disjointes}.

Et comme la donnée de A_M détermine totalement M et vis versa on conclut qu'il y'a autant de telles matrices que de parties de \{1,..,n\}^2 à projections disjointes .

Une question ouverte :

Combien y'a-t-il dans M_n(\mathbb{R}) de matrices nilpotentes à coefficients dans \{0,1\} ?


Posté par
Cauchy
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 27-02-07 à 10:21

Ok je vais essayer de réfléchir à ta question

Est-ce  que t'as trouvé un contre-exemple sur le topic avec les points fixes des fonctions qui commutaient?

Posté par
perroquet
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 20-05-07 à 02:10

Bonjour, elhor, Camélia et Cauchy

J'ai trouvé, mais ça n'a pas été sans mal.
Après avoir galéré un bon moment, je me suis décidé à utiliser Maple,ce qui m'a permis d'obtenir le nombre de matrices nilpotentes pour n=3 et n=4 (respectivement 25 et 543).
Je suis allé sur l' "Encyclopedia of integer sequences" et j'ai tapé la suite 3,25,543. J'ai eu la réponse immédiate. Une seule suite convenait, définie comme  le nombre de digraphes acycliques avec n sommets. Une petite recherche internet sur les digraphes acycliques m'a permis de voir qu'ils étaient en bijection avec l'ensemble des matrices nilpotentes de M_n(R), à coefficients dans {0,1}. La formule de récurrence permettant d'obtenir les a_n:

a_0=1 \qquad \forall n \in \mathbb{N}^{\star} \quad a_n=\displaystyle \sum_{k=1}^n (-1)^{k+1}{n\choose k}2^{k(n-k)}a_{n-k}

Une fois qu'on a la formule de récurrence, la démonstration est moins difficile à trouver. Je vous laisse chercher un petit peu, avant de la donner.

Pioché également sur l'Encyclopedia of integer sequences:
a_n est aussi le nombre de matrices de M_n(R) à coefficients dans {0,1}, ayant toutes ses valeurs propres positives (résultat démontré en 2004)

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 20-05-07 à 22:54

Un Hop!
Pour que Camélia , Cauchy et Kaiser puissent lire la contribution de perroquet (et pour tous les intéressés bien entendu)

Posté par
fusionfroide
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 20-05-07 à 23:35

Désolé de t'interpeller ainsi elhor, mais pourrais-tu jeter un oeil à mon post ?
Merci beaucoup

Posté par
perroquet
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 21-05-07 à 00:06

On notera e_1,..,e_n la base canonique de R^n, A_n l'ensemble des éléments nilpotents de M_n(R), à coefficients dans {0,1}, et a_n le cardinal de A_n. Le but est de trouver une formule de récurrence permettant de calculer a_n.


Propriété   

Un élément de A_n a au moins une colonnne nulle

Démonstration:

Supposons que toutes les colonnes d'un élément M de A_n soient non nulles. Alors, si x est un élément non nul de R^n dont les coordonnées sont positives, Mx est un élément non nul de R^n dont les coordonnées sont positives. On en déduit par récurrence que M^ke_1 est un vecteur non nul de R^n, dont toutes les coordonnées sont positives. En particulier, M^k n'est jamais la matrice nulle et M n'est doncpas nilpotente.

Notations
On notera E_{i,n} l'ensemble des éléments de A_n dont la i-ème colonne est nulle. A_n est donc la réunion des E_{i,n}, i appartenant à {1,...,n}. On rappelle que:

\displaystyle \operatorname{Card} \left(\cup_{i=1}^p B_i\right)=\sum_{k=1}^p (-1)^{p-1}\sum_{1 \leq i_1 < \ldots <i_k \leq p}\operatorname{Card}\left(B_{i_1}\cap \ldots\cap B_{i_k} \right)

On applique donc cette formule aux ensembles E_{i,n}, et il nous faut évaluer le cardinal de E_{i_1,n}\cap\ldots \cap E_{i_k,n}. Cet ensemble est l'ensemble des éléments de A_n dont les colonnes i_1,...,i_k sont nulles. Toutes les colonnes jouent un rôle symétrique, et donc,les n\choose kensembles E_{i_1,n}\cap\ldots \cap E_{i_k,n} (avec k fixé) ont même nombre d'éléments. Pour calculer ce nombre, on étudiera le cas où les colonnes i_1,...,i_k sont les k dernières colonnes.
Un élément de A_n dont les k dernières colonnes sont nulles peut s'écrire sous la forme \begin{pmatrix}M & 0 \\ N & 0\end{pmatrix} , où M est un élément de A_{n-k} et où N peut être choisie quelconque (on rappelle que \begin{pmatrix}M & 0 \\ N & 0\end{pmatrix}^q=\begin{pmatrix}M^q & 0 \\ NM^{q-1} & 0\end{pmatrix} ). N a n-k colonnes et k lignes et ses coefficients peuvent être choisis dans {0,1}. Le nombre des matrices de A_n dont les k dernières colonnes sont nulles est donc égal à \fbox{ 2^{k(n-k)}a_{n-k}} , formule qui reste valable pour k=n, avec la convention a_0=0.

Voilà, c'est terminé:

a_n=\operatorname{Card A_n}=\displaystyle \sum_{ k=1}^n (-1)^{k-1}{n \choose k}2^{k(n-k)}a_{n-k}   

Posté par
Camélia Correcteur
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 21-05-07 à 14:46

Bonjour à tous! Bravo perroquet!
C'est là que l'on sent la différence de génération... je n'aurais jamais eu l'idée de taper trois nombres dans google!

Posté par
Cauchy
re : Un dénombrement dans {1, . . , n} ² 21-05-07 à 15:57

Bonjour,

bravo perroquet j'ai pas tout lu mais je ne doute pas que ce soit correct

Camelia j'aurai jamais eu cette idée non plus,je savais même pas qu'il y avait un site qui répertoriait ce genre de chose



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