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Explícito Bijection entre Triángulos y Particiones

Deje $t(n)$ denotar el número de degenerada de triángulos con entero de longitudes de lado y el perímetro $n$ (cuando dos triángulos son considerados iguales si tienen el mismo longitudes de los lados).

Con algo de trabajo de caso, se puede demostrar que $$\sum_{n\ge 0} t(n)x^n = \frac{x^3}{(1-x^2)(1-x^3)(1-x^4)}.$$

Sin embargo, hay una manera más directa la prueba de la anterior identidad?

Es decir, hay un ejemplo de un explícito bijection entre el conjunto de la degenerada de triángulos con entero de longitudes de los lados del perímetro $n$ y el conjunto de particiones de $(n-3)$ con partes de $\{2,3,4\}$ ?

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DiGi Puntos 1925

Supongamos que $n-3=2a+3b+4c$ donde $a,b$, e $c$ son enteros no negativos. Podemos pensar en esto como una partición de $n-3$ en partes de $\{2,3,4\}$. Si $p_1=p_2=a+b+c$, $p_3=b+c$, y $p_4=c$, el conjugado de la partición es $n-3=p_1+p_2+p_3+p_4$, con la salvedad de que $p_3$$p_4$$0$.

Vamos

$$\begin{align*} r&=p_1+p_4+1=a+b+2c+1\;,\\ s&=p_2+1=a+b+c+1\;,\text{ and}\\ t&=p_3+1=b+c+1\;; \end{align*}$$

claramente $r+s+t=n$, e $r\ge s\ge t\ge 1$. Por otra parte, $s+t-r=b+1>0$, por lo que hay un no-degenerada triángulo con lados de $r,s$, e $t$ y el perímetro $n$.

Ahora supongamos que $r,s$, e $t$ son los lados de un no-degenerada triángulo rectángulo con perímetro $n$ donde $r\ge s\ge t$. Vamos

$$\begin{align*} p_1&=s-1\;,\\ p_2&=s-1\;,\\ p_3&=t-1\;,\text{ and}\\ p_4&=r-s\;. \end{align*}$$

Claramente $p_1+p_2+p_3+p_4=r+s+t-3=n-3$, e $p_1=p_2\ge p_3$. Por otra parte, si $p_3<p_4$, $t+s<r+1$ y, por tanto,$t+s\le r$, contrario a la suposición de que el triángulo es no degenerada. Por lo tanto, $p_1\ge p_2\ge p_3\ge p_4$. Por último, vamos a

$$\begin{align*} c&=p_4\;,\\ b&=p_3-p_4\;,\text{ and}\\ a&=p_2-p_3\;; \end{align*}$$

entonces

$$2a+3b+4c=2p_2+p_3+p_4=p_1+p_2+p_3+p_4=n-3\;.$$

Esto establece el deseado bijection.

Por cierto, este es OEIS A005044, con varias referencias interesantes; me gustó especialmente este PDF y este uno.

0voto

Después de algún pensamiento, he encontrado una forma más visual de la correspondencia entre triángulos con entero de longitudes de los lados y el tipo de particiones. Este debería ser el equivalente a Brian por la respuesta, pero no he comprobado.

La idea es la siguiente. Supongamos que tenemos un triángulo con las longitudes de los lados $a\ge b\ge c$, de modo que el triángulo tiene perímetro $a+ b + c = n$. Dibuje tres filas de puntos tales que la primera fila ha $a$ puntos, la segunda fila ha $b$ puntos, y la tercera fila de ha $c$ puntos.

Desde $a,b,c > 0,$ la primera columna en la imagen resultante tendrá tres puntos. Cortar estos puntos fuera de la imagen.

Si $a > b,$ el último par de columnas de las imágenes que cada uno va a contener sólo un punto. Mover estos singleton puntos para columnas con tres puntos, que conduce a las columnas con cuatro puntos. Esto siempre es posible, ya que $$a - b \le c-1$$ por la desigualdad de triángulo.

Ahora lea el número de puntos en cada columna para obtener una partición de $(n-3)$ con partes del set $\{2,3,4\}.$

Por ejemplo, a continuación se muestra una imagen que muestra cómo empezar con un triángulo de perímetro $16$ con longitudes de lado $7, 5,$ $4,$ y, a continuación, siga los pasos anteriores para obtener la partición de $4 + 4 + 3 + 2$ $13.$

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Para demostrar que en realidad, este procedimiento se obtiene un bijection toma un poco más de trabajo, pero dado que estos pasos son fáciles de revertir no es demasiado difícil demostrar que funciona y que la desigualdad de triángulo termina la celebración.

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