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Triangle de Pascal, mots et chemins
Le cours écrit
6.1 Le triangle de Pascal
On range les nombres dans un tableau : la ligne contient . Chaque ligne commence et finit par . Grâce à la relation de Pascal, chaque autre nombre est la somme du nombre situé juste au-dessus et de son voisin de gauche.
Par exemple, . Chaque ligne se lit de la même façon dans les deux sens : c'est la symétrie .
6.2 Un peu d'histoire
Ce tableau porte le nom de Blaise Pascal, qui lui consacre un traité au XVIIe siècle. Mais des propriétés arithmétiques de ce triangle étaient déjà présentes dans les travaux combinatoires des mathématiques indiennes et chinoises, bien avant lui. La combinatoire est aussi un sujet favori des récréations mathématiques depuis l'Antiquité, et l'est encore chez des arithméticiens du XIXe siècle comme Lucas, Delannoy et Laisant. Aujourd'hui, les « mathématiques discrètes » se développent beaucoup, portées notamment par l'informatique et l'intelligence artificielle.
6.3 Représentation par des mots
Propriété. Le nombre de mots de longueur , écrits avec les lettres et , qui contiennent exactement fois la lettre , est .
Pourquoi. Un tel mot est connu dès qu'on sait où sont ses lettres : c'est une partie à éléments de l'ensemble des positions .
Exemple 19. Les mots de longueur avec exactement deux sont , , , , , , , , et : il y en a .
De même, dans une succession de épreuves à deux issues, il y a issues comportant exactement succès : il suffit de choisir les rangs des succès. Dans l'arbre, ce sont les chemins qui passent exactement fois par une branche . Pour et : , et , soit issues. Le chapitre 11 s'en servira.
6.4 Représentation par des chemins sur un quadrillage
Exemple 20. Dans un quartier dont les rues forment un quadrillage, on va du point au point , situé rues plus à droite et rues plus haut, en allant toujours vers la droite () ou vers le haut (). Un trajet est un mot de lettres, avec lettres et lettres , par exemple . Il est connu dès qu'on choisit les positions des parmi les : il y a trajets.
6.5 Somme des nombres d'une ligne
Propriété (programme). Pour tout entier :
Le symbole (« somme pour allant de à ») est une écriture courte de cette somme de termes.
Démonstration par dénombrement (programme). Soit un ensemble à éléments. Chaque partie de a un nombre d'éléments compris entre et .
- Pour chaque , il y a parties à éléments.
- Ces groupes de parties sont deux à deux disjoints (une partie n'a qu'un seul nombre d'éléments), et ensemble ils contiennent toutes les parties de .
- Par le principe additif, le nombre de parties de est .
- Or ce nombre vaut (leçon 2). D'où l'égalité.
Exemple 21. Ligne : . Ligne : .
Conséquence. Un ensemble à éléments a parties non vides. Par exemple, avec ingrédients, on compose pizzas avec au moins un ingrédient.
Exercices 11 et 12
- Exercice 11 : le triangle de Pascal
- Exercice 12 : mots et chemins
Corrigés
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