Meandr (matematika) - Meander (mathematics)

V matematice je meandr nebo uzavřený meandr samohybnou uzavřenou křivkou, která několikrát protíná čáru. Intuitivně lze na meandr pohlížet jako na silnici překračující řeku přes řadu mostů.

Meandr

Vzhledem k tomu, pevné orientované linie L v euklidovské rovině R 2 , je meandr řádu n je uzavřená křivka bez vlastního protínající v R 2, které příčně protíná linii na 2 n bodů pro některé kladné celé číslo n . Čára a křivka společně tvoří meandrický systém . Dva meandry se považují za rovnocenné, pokud existuje homeomorfismus celé roviny, který bere L k sobě a bere jeden meandr do druhého.

Příklady

Meandr řádu 1 protíná čáru dvakrát:

Meandr M1 jaredwf.png

Meandry řádu 2 protínají čáru čtyřikrát.

Meandrická čísla

Počet odlišných meandrů řádu n je meandrické číslo M n . Prvních patnáct meandrických čísel je uvedeno níže (sekvence A005315 v OEIS ).

M 1 = 1
M 2 = 1
M 3 = 2
M 4 = 8
M 5 = 42
M 6 = 262
M 7 = 1828
M 8 = 13820
M 9 = 110954
M 10 = 933458
M 11 = 8152860
M 12 = 73424650
M 13 = 678390116
M 14 = 6405031050
M 15 = 61606881612

Meandrické permutace

Meandrická permutace
(1 8 5 4 3 6 7 2)

Meandric permutace řádu n je definován na množiny {1, 2, ..., 2 n } a je určena meandric systému následujícím způsobem:

  • S přímkou ​​orientovanou zleva doprava je každý průsečík meandru postupně označen celými čísly, počínaje 1.
  • Křivka je orientována nahoru na křižovatce označené 1.
  • Cyklické permutace bez pevných bodech se získá podle orientovanou křivku prostřednictvím označených místech křížení.

V diagramu vpravo je řádová 4 meandrická permutace dána vztahem (1 8 5 4 3 6 7 2). Toto je permutace psaná v cyklickém zápisu a neměla by být zaměňována s jednořádkovým zápisem .

Pokud π je meandrická permutace, pak π 2 se skládá ze dvou cyklů , jeden obsahující všechny sudé symboly a druhý všechny liché symboly. Permutace s touto vlastností se nazývají alternativní permutace , protože symboly v původní permutaci se střídají mezi lichými a sudými celými čísly. Ne všechny alternativní permutace jsou však meandrické, protože je nemožné je nakreslit bez zavedení křižovatky v křivce. Například alternativní permutace řádu 3 (1 4 3 6 5 2) není meandrická.

Otevřený meandr

Vzhledem k tomu, pevné orientované linie L v euklidovské rovině R 2 , An otevřený meandr řádu n je non-self-protínající orientovanou křivku v R 2 , které příčně protíná čáru u n bodů pro nějaké kladné číslo n . Dva otevřené meandry se považují za rovnocenné, pokud jsou v rovině homeomorfní .

Příklady

Otevřený meandr řádu 1 protíná čáru jednou:

OpenMeanderM1.svg

Otevřený meandr řádu 2 protíná čáru dvakrát:

Otevřete Meander M2 jaredwf.png

Otevřete meandrická čísla

Počet odlišných otevřených meandrů řádu n je otevřené meandrické číslo m n . Prvních patnáct otevřených meandrických čísel je uvedeno níže (sekvence A005316 v OEIS ).

m 1 = 1
m 2 = 1
m 3 = 2
m 4 = 3
m 5 = 8
m 6 = 14
m 7 = 42
m 8 = 81
m 9 = 262
m 10 = 538
m 11 = 1828
m 12 = 3926
m 13 = 13820
m 14 = 30694
m 15 = 110954

Semi-meandr

Vzhledem k tomu, pevnou orientovaný ray R v euklidovské rovině R 2 , a semi-meandr řádu n je uzavřená křivka bez vlastního protínající v R 2, které příčně protíná paprsek v n bodů pro nějaké kladné celé číslo n . Dva semi-meandry jsou považovány za rovnocenné, pokud jsou v rovině homeomorfní .

Příklady

Semi-meandr řádu 1 protíná paprsek jednou:

Semi-meandr řádu 2 protíná paprsek dvakrát:

Meandr M1 jaredwf.png

Semi-meandrická čísla

Počet zřetelných semi-meandrů řádu n je semi-meandrické číslo M n (obvykle se označuje podtržítkem místo podtržení). Prvních patnáct semi-meandrických čísel je uvedeno níže (sekvence A000682 v OEIS ).

M 1 = 1
M 2 = 1
M 3 = 2
M 4 = 4
M 5 = 10
M 6 = 24
M 7 = 66
M 8 = 174
M 9 = 504
M 10 = 1406
M 11 = 4210
M 12 = 12198
M 13 = 37378
M 14 = 111278
M 15 = 346846

Vlastnosti meandrických čísel

K dispozici je injektivní funkce od meandru po otevřená meandrická čísla:

M n = m 2 n -1

Každé meandrické číslo může být ohraničeno semi-meandrickými čísly:

M n M n M 2 n

Pro n > 1 jsou meandrická čísla sudá :

M n ≡ 0 (mod 2)

externí odkazy