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Plus de 900 récréations et problèmes mathématiques !

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G201. La plantation de douglas Version imprimable Suggérer par mail
G2. Combinatoire - Dénombrements
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On considère une plantation de douglas régulièrement espacés selon un quadrillage à maille carrée n x n.


Combien d'alignements d'exactement 3 arbres y a-t-il dans cette plantation pour n variant de 3 à 9?


Généralisation : combien y a-t-il d'alignements d'exactement i points dans un carré de points ?


Source : Lucien Pianaro - Jouer Jeux Mathématiques n°9 - juillet 1993



Pour n=3, le nombre d'alignements de 3 arbres est égal à 8.

 

Pour n=4, le nombre d'alignements A(4) se limite à 4 compte tenu du fait qu'on exclut tous les alignements de 4 arbres et plus.

 


Pour n=5, le nombre d'alignements A(5) est de 16 : 6 lignes rouges + 4 lignes vertes + 6 lignes bleues

 

 


Pour n=6, le décompte des lignes rouges, vertes et bleues fait apparaître A(6)=36 alignements de 3 douglas :

 


A ce stade, on est tenté de trouver une formule générale. Par la méthode des différences finies, on trouve valable pour n=4,5 et 6.

 

Pour n=7 et n=8, la formule donne respectivement A(7)=64 et A(8)=100 qui sont des valeurs exactes que l'on peut vérifier. A l'inverse pour n=9, la formule est fausse et A(9) vaut 204 et non 144 comme le montre le diagramme ci-après :

 


On considère dans un premier aux alignements dont la pente est positive et strictement inférieure à 1 :

 

  • pente 1/2 : lignes bleu clair = 4
  • pente 1/3 : lignes violettes = 21
  • pente 1/4  : lignes vertes = 7
  • pente 2/3 : lignes jaunes=15
  • pente 3/4  : lignes turquoises=3

 

Il y a donc 50 alignements dont la pente p est comprise entre 0 et 1.

 

Symétriquement, il y a 50 alignements dont la pente toujours positive est supérieure à 1 et par conséquent il y a 100 alignements dont la pente est négative sans être égale à ?1.

 

A ces 200 alignements ainsi recensés, il convient d'ajouter ceux dont la pente est égale à 1 en valeur absolue soit 4 alignements dont deux représentés en rouge dans la figure ci-dessus.

Au total A(9) = 204

La généralisation a été donnée par Lucien Pianaro dans la revue Jouer Jeux Mathématiques n°12 avec les notations suivantes : désigne le nombre d'alignements de i points strictement compris entre 45° et 90° et le nombre total d'alignements de i points avec = 4 + 4 si i n et = 2n+2 si i=n.

On a

i

Où I(p) indicateur d'Euler d'un entier p est le nombre d'entiers q inférieurs à p et premiers avec lui.

On a par ailleurs la relation suivante:


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