heptagones croisés

Bonjour à tous,
dans un heptagone régulier convexe, combien peut-on définir d'heptagones croisés
a) en n'utilisant que les diagonales de l'heptagone régulier ?
b) en s'autorisant d'utiliser un côté de l'heptagone régulier ?
Pour le cas a), j'ai l'impression qu'il n'y en a que 3, qu'on pourrait décrire ainsi, avec ABCDEFG les sommets de l'heptagone régulier (A et B en bas, E en haut) :
EAFCGDBE correspondant au chemin palindrome gpgggpg
(où g représente une grande diagonale et p une petite diagonale)
ECADFBGE correspondant au chemin palindrome ppgpgpp
EACFDGBE correspondant au chemin palindrome gpgpgpg
Je n'arrive pas à en dessiner d'autres.
Y a-t-il un moyen simple de prouver cela ?
Merci de votre intérêt pour cette question ...
Bien cordialement

Réponses

  • Oui effectivement, tu en as seulement 3.
    Si tu note $\alpha $ une racine 7ième de l'unité d'ordre 7 dans $(\mathbb{C}^{\star},\times)$, alors les puissances de $\alpha $ seront les sommets d'un heptagone régulier et l'angle orienté entre deux sommets consécutif aura pour mesure $Arg(\alpha)$.
    Si on ne regarde que l'angle géométrique entre deux sommets, ça ne laisse pour $\alpha$ que trois possibilités donnant des heptagones différents : $e^{\frac{2i\pi}7 }$, $e^{\frac{4i\pi}7}$ et $e^{\frac{6i\pi}7 }$.
  • Bonsoir Blueberry
    Merci de ton explication, mais je dois t'avouer que je ne la comprends pas très bien, dans la mesure où j'ai du mal à la relier à mes essais de chemins différents entre 7 points.
    Je comprends bien ta première phrase, mais pas la deuxième ...
    Je suppose que tu parles de l'angle entre deux rayons aboutissant à deux sommets consécutifs, mais je ne vois pas, de prime abord, comment cela ne laisse que trois possibilités pour alpha ... Je vais regarder ça de plus près ...
    En tout cas, merci de cette piste de réflexion !
    Le cas b) est plus compliqué, et je n'ai pas encore commencé à l'étudier en détail, mais au cours de mes essais, je me suis rendu compte que ce serait sans doute un bon moyen d'augmenter le nombre de chemins possibles ...
    Bien cordialement
    Jelobreuil
  • Je n'ai pas été très clair. Effectivement l'angle dont je parlais est $(\overrightarrow{OM_i},\overrightarrow{OM_{i+1}})$

    Il faut que tu réalises qu'à chaque fois que tu as un heptagone régulier (convexe ou non), ses sommets $M_0=(1,0),M_1,...,M_6$ ont pour affixes les puissances successives d'une racine 7ième de l'unité d'ordre $7$: $\alpha^0, \alpha^1,...,\alpha^6$ et réciproquement, les puissances successives d'une racine 7ième de l'unité d'ordre $7$ sont les sommets etc.(A toi de voir pourquoi.)

    A partir de là, tu généreras tous les heptagones régulier en prenant déjà $\alpha=e^\frac {2\pi i}7$ (là c'est le convexe) $(\overrightarrow{OM_i},\overrightarrow{OM_{i+1}})=e^\frac {2\pi i}7$

    -puis tu en auras un autre avec $\alpha=e^\frac {4\pi i}7$ et $(\overrightarrow{OM_i},\overrightarrow{OM_{i+1}})=e^\frac {4\pi i}7$

    -un troisième avec $\alpha=e^\frac {6\pi i}7$ et $(\overrightarrow{OM_i},\overrightarrow{OM_{i+1}})=e\frac {6\pi i}7$

    Ensuite tu retomberas sur les précédents en tournants dans le sens indirect avec
    $\alpha=e^\frac {8\pi i}7=e^\frac {-6\pi i}7$,
    $\alpha=e^\frac {10\pi i}7=e^\frac {-4\pi i}7$
    $\alpha=e^\frac {12\pi i}7=e^\frac {-2\pi i}7$
  • Blueberry parle d'heptagones réguliers, alors que Jelobreuil a visiblement des heptagones non reguliers.
    PS. Ce qui m'étonne c'est que Jelobreuil n'ait pas les deux heptagones croisés réguliers.
  • Bonsoir Gabuzomeu, rebonsoir Blueberry
    Merci d'abord, Blueberry, d'avoir pris la peine de reprendre tes explications de façon plus détaillée, et je les ai bien comprises. Mais comme tu le fais remarquer, Gabuzomeu, elles sont à côté de la question.
    En effet, j'aurais dû le préciser, les heptagones croisés que je recherche ne sont pas réguliers : avec mes notations, les deux heptagones croisés réguliers auraient pour symboles ggggggg et ppppppp, c'est-à-dire que leurs côtés sont tous égaux et sont tous soit des petites diagonales, soit des grandes diagonales de l'heptagone régulier convexe, il n'y a là rien de mystérieux !
    Par contre, quand je mélange petites et grandes diagonales, je n'arrive pas à boucler un heptagone croisé avec six grandes et une petite, ou six petites et une grande. Pour une répartition 5/2, je n'y arrive qu'en respectant un certain ordre, notamment les deux que j'ai indiqués dans mon premier message.
    J'aimerais bien comprendre pourquoi.
    Il m'a semblé que c'est un problème de graphe, c'est pourquoi je l'ai posté dans ce forum, mais peut-être me suis-je trompé ?
    En tout cas, merci de votre intérêt pour cette question !
    Bien cordialement
    Jelobreuil
  • Mais comme tu le fais remarquer, Gabuzomeu, elles sont à côté de la question
    Ben non, c'est juste que tu as mal formulé ta question ! Relis ton premier message, où expliques-tu que tu cherches des heptagones croisés non réguliers ?
    PS. La notation p,g est insuffisante pour donner une description correcte : de chaque sommet partent deux grandes et deux petites diagonales.
  • Bonjour GaBuZoMeu, bonjour à tous,
    Tu as raison, j'aurais dû être plus explicite dès le début !
    Quant à la notation en p ou g, c'est vrai qu'elle est insuffisante, il faut au moins mettre un signe + ou - selon l'orientation de l'angle formé avec la diagonale précédente. Je vais revoir cela ... ce qui m'aidera sans doute à y voir un peu plus clair !
    Bien cordialement
  • Si on compte tous les heptagones (réguliers ou pas, croisés ou non) dont les sommets sont les sommets d'un heptagone régulier, on trouve $360$.
    Si on identifie deux tels heptagones quand ils se déduisent l'un de l'autre par une rotation, on trouve $54$.
    Si on pousse l'identification en identifiant aussi deux heptagones symétriques l'un de l'autre, plus que 39 heptagones possibles (parmi eux bien sûr les trois réguliers).
  • Merci beaucoup, GaBuZoMeu, de ces résultats !
    Et si ce n'est pas trop demander, combien y en a-t-il, parmi les 36 non-réguliers restants, dont les côtés sont exclusivement des diagonales de l'heptagone régulier de base ?
    Bien cordialement
  • Les plus faciles à obtenir sont les 24 qui présentent un axe de symétrie. Parmi eux, les trois réguliers, et les trois que tu as décrits qui n'empruntent que des diagonales. Les 18 autres symétriques empruntent au moins un côté.
    Pour les 15 sans axe de symétrie (et leurs symétriques), je ne sais pas. Ils sont plus difficiles à attraper. Je te laisse en faire la liste exhaustive. :-D
  • Bon, j'ai fait l'exercice qui consiste à calculer la liste de ces 39 heptagones (en Sage, je ne l'ai bien sûr pas fait à la main). Voici le résultat :

    [[0, 1, 3, 4, 5, 6, 2],
    [0, 1, 3, 4, 6, 5, 2],
    [0, 1, 3, 5, 4, 6, 2],
    [0, 1, 3, 5, 6, 4, 2],
    [0, 1, 3, 6, 4, 5, 2],
    [0, 1, 3, 6, 5, 4, 2],
    [0, 1, 4, 3, 5, 6, 2],
    [0, 1, 4, 3, 6, 5, 2],
    [0, 1, 4, 5, 3, 6, 2],
    [0, 1, 4, 5, 6, 3, 2],
    [0, 1, 4, 6, 3, 5, 2],
    [0, 1, 5, 3, 6, 4, 2],
    [0, 1, 5, 4, 3, 6, 2],
    [0, 1, 5, 6, 3, 4, 2],
    [0, 1, 5, 6, 4, 3, 2],
    [0, 1, 6, 3, 4, 5, 2],
    [0, 1, 6, 4, 5, 3, 2],
    [0, 1, 6, 5, 4, 3, 2],
    [0, 1, 2, 4, 5, 6, 3],
    [0, 1, 2, 6, 5, 4, 3],
    [0, 1, 4, 2, 5, 6, 3],
    [0, 1, 4, 2, 6, 5, 3],
    [0, 1, 4, 5, 2, 6, 3],
    [0, 1, 4, 5, 6, 2, 3],
    [0, 1, 4, 6, 2, 5, 3],
    [0, 1, 5, 2, 4, 6, 3],
    [0, 1, 5, 2, 6, 4, 3],
    [0, 1, 2, 5, 3, 6, 4],
    [0, 1, 3, 5, 2, 6, 4],
    [0, 1, 3, 5, 6, 2, 4],
    [0, 1, 2, 4, 6, 3, 5],
    [0, 1, 3, 4, 6, 2, 5],
    [0, 1, 3, 6, 4, 2, 5],
    [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6],
    [0, 2, 4, 6, 1, 5, 3],
    [0, 2, 5, 1, 4, 6, 3],
    [0, 2, 6, 4, 1, 5, 3],
    [0, 2, 4, 6, 1, 3, 5],
    [0, 3, 6, 2, 5, 1, 4]]

    On constate qu'il n'y en a que 5 qui n'empruntent que des diagonales de l'heptagone régulier : les deux réguliers croisés et les 3 que tu as donnés.

    Le code Sage qui fait le calcul :
    # La liste des heptagones
    Hepta=[]
    for S in Subsets(Set(range(1,7)),2):
        Hepta+=[[0,S[0]]+list(P)+[S[1]] for P in Permutations(Set(range(1,7))-S) ]
    
    # On ne garde que les distincts par rotation
    def decal(i,H) :
        K=[H[(j+i)%7] for j in range(7)]
        L=[(k-K[0])%7 for k in K]
        if L[1]<L[6] : return L
        else : return [L[0]]+[L[-1-i] for i in range(6)]
    
    def Testrota(H,K) :
        return any ( decal(j,H)==K    for j in range(7))     
    
    Heptarot=[]
    for H in Hepta :
        if all(Testrota(H,K)==False for K in Heptarot) : Heptarot+=[H]
    
    # On ne garde que les distincts par symétrie
    def sym(H): 
        K=[(7-h)%7 for h in H]
        return [K[0]]+[K[-1-i] for i in range(6)] 
    
    def Testsym(H,K) :
        return any ( decal(j,H)==sym(K)    for j in range(7)) 
    
    Heptarotsym=[]
    for H in Heptarot :
        if all(Testsym(H,K)==False for K in Heptarotsym) : Heptarotsym+=[H]
    
  • Merci infiniment, GaBuZoMeu, c'est vraiment gentil de ta part !
    Excuse-moi, je te prie, de te répondre avec tant de retard. Hier au soir, j'étais un peu fatigué, et aujourd'hui, le turbin ...
    J'ai une question, ce logiciel Sage, c'est un programme d'analyse combinatoire, n'est-ce pas ?
    Je crois comprendre ton premier chiffre de 360 : le nombre de permutations possibles dans un ensemble de 7 éléments est factorielle 7 = 5040 ; il y a donc 360 heptagones différents, parce qu'on peut partir de n'importe lequel des 7 sommets de l'heptagone régulier de base et dans l'un ou l'autre sens, sans déformer l'heptagone finalement obtenu, donc 5040/7x2 = 360. Si je me trompe, merci de me corriger !
    Par contre, pour tes deux paliers suivants, 54 et 39, j'avoue qu'il va me falloir du temps pour bien étudier les choses ...
    Les trois heptagones particuliers que j'ai décrits semblent avoir quelques propriétés géométriques intéressantes ... A suivre sur le forum Géométrie (à moins que AD y voie un inconvénient quelconque) ...
    Merci encore, bien cordialement !
  • Tu te trompes dans ton compte. Numérotons les sommets de l'heptagone régulier $0,1,2,3,4,5,6$
    La description d'un heptagone peut se faire en fixant arbitrairement un sommet de départ, disons $0$. Le reste de la description est une permutation de l'ensemble $\{1,\ldots,6\}$, et il y a $6!=720$ telles permutations. Mais attention ! Il y a deux sens de parcours pour le même hexagone ! Il faut donc diviser par $2$, d'où le $360$.
    Dans le programme que j'ai écrit, je commence par $0$ et je choisis un sens de parcours en imposant que le sommet qui vient juste après $0$ ait un numéro strictement plus petit que celui qui vient avant dans l'ordre circulaire, c.-à-d. le dernier de la liste de sept.
    Pour le $54$ et le $39$, ce sont des applications de la formule de Burnside pour compter les orbites de l'action d'un groupe (le groupe $C_7$ cyclique d'ordre $7$ et le groupe diédral $D_7$ respectivement).
  • Bonjour GaBuZoMeu,
    Merci de toutes ces précisions ...
    Mais je dois t'avouer que ta dernière phrase, pour moi, c'est quasiment du chinois ! Je vais regarder ce qu'en dit Wikipédia, mais sans grand espoir de comprendre, car en analyse combinatoire et théorie des groupes, mon niveau est proche de zéro. Mais ça ne fait rien, j'aurai appris quelque chose !
    Bien cordialement
  • J'ai une question, ce logiciel Sage, c'est un programme d'analyse combinatoire, n'est-ce pas ?
    Non, c'est un logiciel de calcul formel , libre et gratuit, que tu peux télécharger ici.
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