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8 - Transformation par dualité

 

 

8. TRANSFORMATION PAR DUALITE

 

La transformation par dualité est utilisée de différentes manières en mathématique.

L'une d'elles est la suivante: étant donné un " graphe planaire", c'est -à - dire une famille de points (les sommets), reliés par des arcs ne se rencontrant pas en dehors de leurs extrémités et définissant des faces, on lui associe un autre graphe, appelé dual du premier de la manière suivante: on choisit dans chaque face un pointe( ce seront les sommets du dual ) et on joint deux de ces points par un arc chaque fois que les faces qui les contiennent ont une arête commune. Il peut y avoir réciprocité: le dual du dual (appelé bidual ) peut être le graphe de départ.

 

 

 

 figure 1

Soit donc un tectoèdre d'ordre n Sa projection sur son plan de base peut être considéré comme un graphe planaire. On peut donc lui appliquer la transformation précédente Marquons un point dans chaque face, et joignons par un segment deux de ces points lorsqu'ils appartiennent à deux faces ayant une arête commune. On constate). que l'on dessine ainsi un polygone (que l'on peut toujours supposer convexe, quitte à déplacer quelques-uns de ses sommets) dans lequel sont tracées des diagonales. .(figure 1) Chaque côté de ce polygone coupe une arête latérale et chaque diagonale, coupe une arête sommitale Le nombre des côtés , donc des sommets de ce polygone est donc égal à l'ordre n du tectoèdre .Les diagonales du polygone, sont au nombre de (n-3).

 

Ces diagonales déterminent une partition du polygone de base en triangles dont les sommets sont ceux du polygone, autrement dit, elles réalisent une triangulation de ce polygone. Remarquons que l'indice dont nous avons affecté chaque face du tectoèdre est égal au nombre des diagonales issues du sommet correspondant à cette face. Appelons-le indice du sommet. En raisonnant comme on l'a fait pour les tectoèdres, on peut donc, à partir de la suite des indices, définir une formule du polygone triangulé. Cette formule est, évidemment, la même que celle du tectoèdre associé. Elle définit donc une triangulation et une seule puisque c'est celle du dual d'un tectoèdre de même formule

En considérant comme équivalentes deux triangulations qui ont la même formule, la relation "avoir la même formule" définit une bijection entre l'ensemble des tectoèdres et celui des polygones triangulés. Chaque propriété des tectoèdres a donc son homologue en langage de triangulation...

Par exemple, plaçons-nous en géométrie euclidienne. La somme des angles d'un polygone convexe de n côtés est (n-2)p .Un polygone triangulé contient donc (n-2) triangles. Or chacun des n côtés du polygone est côté d'un triangle de la partition : il y a donc, dans celle-ci, au moins deux triangles qui ont deux côtés communs avec le polygone. A ces deux triangles correspondent deux sommets du tectoèdre d'où partent deux arêtes latérales, donc deux faces triangulaires. On retrouve ainsi le théorème affirmant l'existence d'au moins deux faces triangulaires dans un tectoèdre...

On retrouve également la troncature. Elle se traduit par l'adjonction, au polygone triangulé, d'un triangle supplémentaire, construit sur un de ses côtés vers l'extérieur . Nous appellerons triangle " bordant " un tel triangle. De son sommet ne part aucune diagonale .Cela provoque bien, dans la formule, l'insertion d'un zéro et l'augmentation d'une unité des deux nombres qui l'encadrent dans la formule .

Cette opération définit donc une relation de récurrence que l'on peut appeler filiation entre polygones triangulés L'opération inverse est évidemment aussi possible. Cette filiation se faisant par adjonction successive de triangles bordants, on voit qu'un polygone triangulé contient tous ses "ancêtres" et est contenu dans tous ses descendants (c'était l'inverse pour les tectoèdres)

Il est facile de construire la triangulation correspondant à une formule

donnée;... Dessiner le polygone à trianguler et marquer chaque sommet de son indice lu dans la formule (le choix du premier sommet étant arbitraire). Pour chaque sommet d'indice 0, tracer la diagonale qui joint les deux sommets adjacents et enlever une unité à l'indice de ces derniers. Recommencer ensuite l'opération sur la partie non encore triangulée du polygone, ce qui revient à faire la même opération sur les sommets marqués 1, puis 2 etc…

Exercice: trianguler l'octogone de formule 31 022 020 et le décagone de formule

4 103 103 110 .

 

 

 

 figure 2

Le dessin du polygone triangulé obtenu pouvant être considéré comme un graphe planaire. On peut aussi chercher son dual par le procédé utilisé ci-dessus. En remarquant que chaque sommet du tectoèdre est intérieur à un triangle du polygone triangulé, on peut prendre ces points comme sommets du bidual Mais on constate qu'il n'y a pas réciprocité: le dessin de ce bidual se réduit aux (n - 2 ) sommets du tectoèdre dual et aux arêtes sommitales qui les joignent: il y manque les arêtes latérales. On peut retrouver celles-ci.. Il suffit de remarquer que, de chaque sommet du tectoèdre, part une arête latérale qui coupe un côté du polygone triangulé. Pour chacun des côtés de ce polygone, on trace à partir du sommet du dual situé dans la même face, un segment qui le coupe .On choisit ensuite sur chacun de ces segments un point qui sera un sommet . du polygone de base du tectoèdre cherché. En joignant ces points le même ordre que les côtés du dual, on obtient un dessin de ce tectoèdre d'origine.

 

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