Exercices de combinatoire

# Chapitre 9 Exercices de combinatoire

## 9.1 Fonction partage ou nombre de partitions de n∈ ℕ

### 9.1.1 L’énoncé

Définition
Un partition de n∈ ℕ est une suite de nombres entiers : λ1≥ λ2≥ ...λm>0 tels que : ∑j=1mλj =n.
On note p(n) la fonction partage de n : c’est le nombre de partitions distinctes de n∈ ℕ et on convient que p(0)=1.
Exemples
p(5)=7 car les 7 partitions distinctes de 5 sont :
1+1+1+1+1=5
2+1+1+1=5
2+2+1=5
3+1+1=5
3+2=5
4+1=5
5=5

1. Chercher à la main : p(1),p(2),p(3),p(4),p(5),p(6),p(7)
2. Écrire un programme qui renvoie les valeurs de p(0),p(1),p(2),p(3)..p(n)
3. Montrer ce que Euler a remarqué à savoir que le développement en séries tronqué à l’ordre n de : ∏j=1n1/1−xj vaut ∑j=1np(j)xj.
4. Écrire un programme qui renvoie les coefficients du développement en séries tronqué à l’ordre n de : ∏j=1n1/1−xj

### 9.1.2 La solution

1. On trouve :
   p(0)=1, p(1)=1, p(2)=2, p(3)=3, p(4)=5, p(5)=7, p(6)=11, p(7)=15
2. Soit A une matrice triangulaire inférieure tel que :
   si k≤ j, A[j,k] represente le nombre de partitions de j tel que λ1=k≥ λ2≥ ...λm>0. Sur l’exemple
   p(5)=7 car les 7 partitions distinctes de 5 sont :
   1+1+1+1+1=5 donc A[5,1]=1
   2+1+1+1=5
   2+2+1=5 donc A[5,2]=2
   3+1+1=5
   3+2=5 donc A[5,3]=2
   4+1=5 donc A[5,4]=1
   5=5 donc A[5,5]=1
   On a alors p(j)=∑k=0jA[j,k].
   On remarque donc :
   A[0,0]=1 et A[j,0]=0 (car λm>0 sauf pour j=0 puisque p(0)=1)
   A[j,j]=1 puisque j=j
   A[j,1]=A[j−1,1]=1 puisque j=j−1+1=j−2+1+1=1+1...+1
   A[j,2]=A[j−2,1]+A[j−2,2] puisque j=2+1+1+...=2+2+....
   A[j,3]=A[j−3,1]+A[j−3,2]+A[j−3,3] puisque j=3+1+1+...1=3+2+....=3+3+....
   etc...
   A[j,j−1]=A[j−1,j−1]=1 puisque j=(j−1)+1
   ou encore :
   les coefficients d’indice 0 de toutes les lignes sont nuls et
   pour k=1..n le coefficient d’indice k de la n-ième ligne est obtenu en faisant la somme des coefficients d’indice 0..k de la n−k-ième ligne c’est à dire :

   A[n,k]= |
   k
   ∑
   j=1
   | A[n−k,j] et

   A[n,n]=1 et A[n,0]=0 si n>0

   Voici l’illustration pour n=5 avec
   k=2, on a 5=0+1+4 :
   k=3, on a 8=0+1+3+4 :
   k=4, on a 9=0+1+3+3+2 :
   ....

   ⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ |
   1
   0
   0
   0
   0
   0
   0
   0
   0
   0
   0
   0
   1
   0
   0
   0
   0
   0
   0
   0
   0
   | 0
   0
   1
   1
   0
   0
   0
   0
   0
   0
   | 0 | 0
   0
   1
   1
   1
   0
   0
   0
   0
   | 0 | 0 | 0
   0
   1
   2
   1
   1
   0
   0
   | 0 | 0 | 0 | 0
   0
   1
   2
   2
   1
   1
   | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
   0
   1
   3
   3
   2
   | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0
   0
   1
   3
   4
   | 3 | 2 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0
   0
   1
   4
   | 5 | 5 | 3 | 2 | 1 | 1 | 0 | 0
   0
   1
   | 4 | 7 | 6 | 5 | 3 | 2 | 1 | 1 | 0
   0 | 1 | 5 | 8 | 9 | 7 | 5 | 3 | 2 | 1 | 1
   | ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

   On va faire un programme qui va calculer les coefficients de la matrice A.

   On tape :

       partitions(n):={
         local A,j,k,m,S;
         A:=idn(n+1);
         pour j de 2 jusque n faire
           pour k de 1 jusque j-1 faire
             S:=0;
             pour m de 1 jusque k faire
               S:=S+A[j-k,m];
             fpour;
             A[j,k]:=S;
           fpour;
         fpour;
         retourne A;
       }:;

   On tape : `A:=partitions(10)`
   On obtient :

   ⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ |
   1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
   0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
   0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
   0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
   0 | 1 | 2 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
   0 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
   0 | 1 | 3 | 3 | 2 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0
   0 | 1 | 3 | 4 | 3 | 2 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0
   0 | 1 | 4 | 5 | 5 | 3 | 2 | 1 | 1 | 0 | 0
   0 | 1 | 4 | 7 | 6 | 5 | 3 | 2 | 1 | 1 | 0
   0 | 1 | 5 | 8 | 9 | 7 | 5 | 3 | 2 | 1 | 1
   | ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

   On tape : `sum(A[k])$(k=0..10)`
   On obtient : `1,1,2,3,5,7,11,15,22,30,42`

   On peut faire un autre programme qui renverra la matrice B qui sera tel que : si k≤ j, A[j,k] represente le nombre de partitions de j tel que k>=λ1≥ λ2≥ ...λm>0. Autrement dit les lignes de B sont les sommes partielles des lignes de A : B[j,k]=∑m=0kA[j,m] donc

   B[j,k]=B[j−k,k]+B[j,k−1]

   On a donc p(j)=B[j,j].
   On tape :

       partition(n):={
         local B,j,k,m,S;
         B:=idn(n+1);
         pour k de 1 jusque n faire
           B[0,k]:=1;
         fpour;
         pour j de 1 jusque n faire
           pour k de 1 jusque j faire
             B[j,k]:=B[j-k,k]+B[j,k-1];
           fpour;
           pour k de j+1 jusque n faire
             B[j,k]:=B[j,j];
           fpour;
         fpour;
         retourne B;
       }
       :;

   On tape : `B:=partition(10)`
   On obtient :

   ⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ |
   1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1
   0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1
   0 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2
   0 | 1 | 2 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3
   0 | 1 | 3 | 4 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5
   0 | 1 | 3 | 5 | 6 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7
   0 | 1 | 4 | 7 | 9 | 10 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11
   0 | 1 | 4 | 8 | 11 | 13 | 14 | 15 | 15 | 15 | 15
   0 | 1 | 5 | 10 | 15 | 18 | 20 | 21 | 22 | 22 | 22
   0 | 1 | 5 | 12 | 18 | 23 | 26 | 28 | 29 | 30 | 30
   0 | 1 | 6 | 14 | 23 | 30 | 35 | 38 | 40 | 41 | 42
   | ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

   On remarquera que l’on retrouve la matrice A dans les diagonales montantes de la matrice B.
   On tape : `tran(B)[10]`
   ou on tape : `col(B,10)`
   On obtient : `[1,1,2,3,5,7,11,15,22,30,42]` ou on tape : `B[j,10]$(j=0..10)`
   On obtient : `1,1,2,3,5,7,11,15,22,30,42` On tape : `B:=partition(1000):;`
   On obtient (Evaluation time: 972.05) enfin le résultat...
   On tape : `B[200,1000]`
   On obtient `3972999029388`
   On tape : `B[1000,1000]`
   On obtient `24061467864032622473692149727991`
   Remarque On peut aussi pour avoir une relation de récurrence considérer les les partitions P(n,p) de n en une somme d’exactement p éléments λ1≥ ...≥ λp>0. On dit alors :
   P(n,p) =(nombre de partage de n tels que λp=1)+(nombre de partage de n tels que λp>1).
   On a :
   (nombre de partage de n tels que λp=1)=(nombre de partage de n−1 en p−1 λj)=P(n−1,p−1)
   (nombre de partage de n tels que λp>1)=(nombre de partage de n−p en p λj)=P(n−p,p)

   P(n,p):=P(n−1,p−1)+P(n−p,p)

   avec P(n,0)=0, P(n,n)=1 et P(n,p)=0 si p>n
   On tape et on renvoie la somme des lignes de P :

       partage(n):={
         local P,j,k,m,S;
         P:=idn(n+1);
         pour k de 1 jusque n faire
           P[k,0]:=0;
         fpour;
         pour j de 1 jusque n faire
           pour k de 1 jusque j faire
             P[j,k]:=P[j-1,k-1]+P[j-k,k];
           fpour;
         fpour;
         S:=[];
         pour k de 1 jusque n faire
           S[k]:=sum(row(P,k));
         fpour;
         retourne S;
       }:;

   On tape : `P:=partage(1000):;`
   On obtient (Evaluation time: 455.81) enfin le résultat...mais c’est deux fois plus rapide qu’avec `B:=partition(1000):;`
   On tape : `P[200]`
   On obtient `3972999029388`
   On tape : `P[1000]`
   On obtient `24061467864032622473692149727991`
   relation entre P et A :
   On a :
   P[n,p]=P[n−1,p−1]+P[n−p,p]
   P[n−1,p−1]=P[n−2,p−2]+P[n−p,p−1]....
   donc

   P[n,p]= P[n−p,0]+ |
   p
   ∑
   j=1
   | P[n−p,j]

   avec P[n,0]=0, P[n,n]=1 et P[n,p]=0 si p>n
   Si on compare avec les relations obtenus pour A:

   A[n,k]= |
   k
   ∑
   j=1
   | A[n−k,j] et

   A[n,n]=1 et A[n,0]=0 si n>0

   On a les mêmes relations de récurrence, donc :

   P[n,p]=A[n,p]

   Représentation de Young
   On peut voir facilement cette égalité, grâce à la repésentation de Young qui repésente par exemple le partage :
   20=7+3+3+2+1+1+1+1+1
   par le tableau formé par 20 carrés disposés selon 9 lignes :
   7 carrés sur la 1-ière ligne,
   3 carrés sur la 2-ième ligne,
   3 carrés sur la 3-ième ligne,
   2 carrés sur la 4-ième ligne,
   1 carré sur de la 5-ième jusqu’à la 9-ième ligne :

   ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ |
   □ | □ | □ | □ | □ | □ | □
   □ | □ | □ |  |  |  |
   □ | □ | □ |  |  |  |
   □ | □ |  |  |  |  |
   □ |  |  |  |  |  |
   □ |  |  |  |  |  |
   □ |  |  |  |  |  |
   □ |  |  |  |  |  |
   □ |  |  |  |  |
   | ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

   Le nombre p de lignes correspond a un partage en une somme de p éléments et le plus grand élément m de ce partage est le nombre d’éléments de la première ligne.
   Si maintenant on échange les lignes et les colonnes (on prend le transposé de ce tableau) on obtient une transformation qui au partage :
   20=7+3+3+2+1+1+1+1+1 en une somme de 9 termes ayant comme plus grand élément 7 fait correspondre le partage :
   20=9+4+3+1+1+1+1 en une somme de 7 termes ayant comme plus grand élément 9 :

   ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ |
   □ | □ | □ | □ | □ | □ | □ | □ | □
   □ | □ | □ | □ |  |  |  |  |
   □ | □ | □ |  |  |  |  |  |
   □ |  |  |  |  |  |  |  |
   □ |  |  |  |  |  |  |  |
   □ |  |  |  |  |  |  |  |
   □ |  |  |  |  |  |  |
   | ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

3. Notations
   1 sera noté 11, 1+1 sera noté 21, 1+1+1 sera noté 31 etc...
   2 sera noté 22, 2+2 sera noté 42, 2+2+2 sera noté 62 etc...
   Le développement en série de ;
   1/1−x1 sera noté 1+x11+x21+...+xn1+...
   1/1−x2 sera noté 1+x22+x42+...+x2n2+...
   1/1−x3 sera noté 1+x33+x63+...+x3n3+...
   .....
   1/1−xp sera noté 1+xpp+x2pp+...+xpnp+...
   Lorsque l’on fait le produit de ces développements en série le terme en xj a pour coefficient p(j) car :
   xj=xj1=x(j−2)1x22=x(j−4)1x42 ...
   xj=x(j−2)j−2x21=x(j−2)j−2x22=x(j−1)j−1x11=xjj

   On tape : `P:=truncate(product([(1-x```^```j)$(j=1..20)]),20)`
   On obtient : `-x```^```15-x```^```12+x```^```7+x```^```5-x```^```2-x+1`
   On tape : `A:=truncate(series(1/P,x=0,20),20)`
   On obtient :
   `627*x```^```20+490*x```^```19+385*x```^```18+297*x```^```17+231*x```^```16+176*x```^```15+ 135*x```^```14+101*x```^```13+77*x```^```12+56*x```^```11+42*x```^```10+30*x```^```9+22*x```^```8+ 15*x```^```7+11*x```^```6+7*x```^```5+5*x```^```4+3*x```^```3+2*x```^```2+x+1`
   On tape :`symb2poly(A)`
   ou on tape : `coeff(A,x)`
   On obtient la liste p(20),p(19),..,p(1),p(0):
   `[627,490,385,297,231,176,135,101,77,56,42,30,22,15,11, 7,5,3,2,1,1]`
   On tape :`lcoeff(A)`
   On obtient p(20): `627`

4. On tape mais cela n’est pas très efficace lorsque n est grand :

       partitioner(n):={
       local A,P;
       P:=truncate(product([(1-x^j)$(j=1..n)]),n);
       A:=truncate(series(1/P,x=0,n),n);
       return revlist(symb2poly(A));
       }:;

   On tape : `partitioner(20)`
   On obtient la liste p(20),p(19),..,p(1),p(0) :
   `[627,490,385,297,231,176,135,101,77,56,42,30,22,15,11, 7,5,3,2,1,1]`

### 9.1.3 Une méthode plus rapide

On utilise le théorème du nombre pentagonal d’Euler. Ce théorème donne une relation de récurrence entre p(n) et p(j) pour j<n avec la convention que p(j)=0 lorsque j<0, p(0)=1. Cette relation est :

p(n)=p(n−1)+p(n−2)−p(n−5)−p(n−7)+p(n−12)+p(n−15)−p(n−22)−p(n−26)....

p(n)= |
∑
m>0
| (−1)m+1p(n−m(3m−1)/2)+(−1)m+1p(n−m(3m+1)/2)

Les nombres m(3m−1)/2 et m(3m+1)/2 sont les nombres pentagonaux généralisés. On tape :

    partition_euler(n):={
    local sg,s1,s2,m,k,j,p;
    p:=[1];
    pour j de 1 jusque n faire
    m:=1;
    sg:=1;
    s1:=0;
    k:=j-m*(3*m-1)/2;
    tantque k>=0 faire
    s1:=s1+sg*p[k]
    sg:=-sg;
    m:=m+1;
    k:=j-m*(3*m-1)/2;
    ftantque;
    m:=1;
    sg:=1;
    s2:=0;
    k:=j-m*(3*m+1)/2;
    tantque k>=0 faire
    s2:=s2+sg*p[k]
    sg:=-sg;
    m:=m+1;
    k:=j-m*(3*m+1)/2;
    ftantque;
    p[j]:=s1+s2;
    fpour;
    retourne p;
    }:;

On tape :
`partition_euler(20)`
On obtient :
`[1,1,2,3,5,7,11,15,22,30,42,56,77,101,135,176,231,297,385,490,627]`
On tape :
`P:=partition_euler(1000)`
On obtient la liste après 2.77s
On tape : `P[200]`
On obtient `3972999029388`
On tape : `P[1000]`
On obtient `24061467864032622473692149727991`

### 9.1.4 Estimation asymptotique

Ramanjan et Hardy ont trouvé une approximation de p(n) qui est :
p(n)≃ eπ√2n/3/4n√3 quand n tend vers +∞.
On tape :
`P(n):=exp(pi*sqrt(2n/3))/(4n*sqrt(3))`
`floor(evalf(P(1000),31))`
On obtient :
`24401996316802476288263414942904` au lieu de
`24061467864032622473692149727991`

## 9.2 Un exercice de combinatoire et son programme

### 9.2.1 L’énoncé

Un jury est composé de p personnes que l’on choisit parmi n personnes : h hommes et f femmes (h+f=n).
Application numérique : p=10, n=17, h=9, f=8.

1. Écrire un programme qui renvoie la liste contenant les différents jurys possibles.
2. On impose comme contrainte que Monsieur Y et Madame X ne doivent pas se trouver ensemble.
   Écrire un programme qui renvoie la liste contenant tous les jurys respectant cette contrainte.
3. On veut que le jury respecte la parité "homme-femme".
   Pour cela, si p=2*k ou p=2*k+1, on suppose f≥ k et h=n−f ≥ p−k.
   Écrire un programme qui renvoie la liste contenant les jurys ayant p−k hommes et k femmes.
4. Avec l’hypothèse précédente, écrire un programme qui renvoie la liste contenant les jurys respectant la parité "homme-femme" et respectant la contrainte Monsieur Y et Madame X ne doivent pas se trouver ensemble.
5. Rappels Avec `Xcas`, la commande `comb(n,p)` renvoie le nombre de combinaisons de p objets pris parmi n.
   Avec `Xcas`, la commande `convert(k,base,2)` renvoie la liste K de longueur l vérifiant k=∑j=0l−1K[j]*2j. `revlist(K)` renvoie alors l’écriture en base 2 de k.

### 9.2.2 Les programmes

1. On peut avoir `comb(n,p)` jurys différents.
   On tape : `comb(17,10)`
   On obtient : `19448`
   Supposons que n cases C numérotées de 0 à n−1 représentent les membres du jury.
   Dans ces cases on met 1 si la personne fait partie du jury et 0 sinon. Un jury est donc une liste de 0 et de 1 et cela fait penser à l’écriture en base 2 d’un entier.
   Avec `Xcas`, la commande `convert(k,base,2)` renvoie la liste K de longueur l vérifiant k=∑j=0l−1K[j]*2j On va donc considérer un jury comme un entier dont l’écriture en base 2 a au plus n chiffres et comporte exactement p 1. Pour faire le programme on va repésenter chaque jury par un nombre dont l’écriture en base 2 comporte au plus n chiffres dont p 1 et pas plus de n−p zéros.
   Le plus petit nombre correspondant à un jury est :
   `m=sum(2```^```j,j,0,p-1)=2```^```p-1`
   et le plus grand nombre correspondant à un jury est :
   `M=sum(2```^```j,j,n-p,n-1)=2```^```n-2```^```(n-p)`
   car les n cases sont numerotés de 0 à n−1.
   On peut initialiser la liste `L` soit avec `L:=makelist(0,1,1);` soit avec `L:=makelist(0,1,comb(n,p));` puisque l’on connait sa longueur. On écrit le programme `jurys(n,p)` :

       jurys(n,p):={
       local j,k,L,m,M;
       //L:=makelist(0,1,comb(n,p));
       L:=makelist(0,1,1);
       k:=0;
       m:=2^p-1;
       M:=2^n-2^(n-p);
       for (j:=m;j<=M;j++){
       if (sum(convert(j,base,2))==p){
       L[k]=<j;
       k:=k+1;
       };
       }
       return L;
       }
       :;

   On tape : `J:=jurys(17,10):;`
   On obtient, au bout d’environ 11s, une liste J de taille 19448 et contenant des entiers qui lorsqu’on les décompose en base 2 donne la composition du jury.
   On tape : `jurytire0:=J[rand(19448)]`
   On obtient par exemple : `127255`
   On tape : `convert(127255,base,2)`
   On obtient par exemple : `[1,1,1,0,1,0,0,0,1,0,0,0,1,1,1,1,1]`
   Donc, les personnes de numéros : `0,1,2,4,8,12,13,14,15,16` ont été tirées au sort pour faire partie du jury.
   On peut bien sûr taper directement :
   `jurytire0:=convert(J[rand(19448)],base,2)`
   On obtient par exemple : `[1,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,0,0,1,0,1,1]`
   Donc, les personnes de numéros : `0,4,5,6,8,9,10,13,15,16` ont été tirées au sort pour faire partie du jury.
2. On peut supposer que la case 0 représente Monsieur Y et que la case n−1 représente Madame X. Donc le jury repésenté par le nombre j est valable si :
   `irem(j,2)==0` ou si `j<2```^```(n-1)`.
   On peut réecrire un programme `jurysXY(n,p)` qui utilise `jurys` ou un programme `juryXY(n,p)` qui n’utilise pas `jurys` ou utiliser la liste précédente `J` et rejeter les mauvais tirages.
   - Le programme `jurysXY(n,p)`.
     On peut initialiser la liste `L`, soit avec
     `L:=makelist(0,1,1);` soit avec
     `L:=makelist(0,1,comb(n,p)-comb(n-2,p-2));` puisque l’on connait sa longueur.

         jurysXY(n,p):={
         local LP,L,j,k,l;
         LP:=jurys(n,p);
         s:=comb(n,p);
         l:=s-comb(n-2,p-2);
         //L:=makelist(0,1,1);
         L:=makelist(0,1,l);
         l:=0;
         for(k:=0;k<s;k++){
         j:=LP[k];
         if (irem(j,2)==0 or j<2^(n-1)) {
         L[l]=<j;
         l:=l+1;
         }
         }
         return L;
         }:;

     On tape : `JXY:=jurysXY(17,10)`
     On a : `size(JXY)=13013`
     On tape : `jurytire1:=convert(JXY[rand(13013)],base,2)`
     On obtient par exemple : `[0,1,1,0,1,1,1,1,1,0,0,0,1,0,1,0,1]`
     Mais ce programme appelle le programme `jurys` précédent....
   - Un programme `juryXY(n,p)` qui n’utilise pas `jurys`
     Les nombres qui correspondent aux jurys ne contenant pas X et Y en même temps ont dans la décomposition en base 2 soit le coefficient de 2n−1 nul, soit est un nombre pair avec le coefficient de 2n−1 égal à 1 donc égal à 2*j+2n−1.
     Les nombres qui ont p 1 dans leur décomposition en base 2 et le coefficient de 2n−1 nul, vont de m=2p−1 à M=2(n−1)−2(n−p−1).
     Les nombres pairs de la forme 2*j+2n−1 ont j qui a p−1 1 dans sa décomposition en base 2. Les j vont donc de 2p−2 à 2(n−1)−2(n−p) par pas de 2.
     On peut initialiser la liste `L` soit avec `L:=makelist(0,1,1);` soit avec `L:=makelist(0,1,comb(n,p)-comb(n-2,p-2));` puisque l’on connait sa longueur.On tape le programme `juryXY(n,p)`

         juryXY(n,p):={
         local L,j,k,ls,m,M;
         s:=comb(n,p);
         l:=s-comb(n-2,p-2);
         L:=makelist(0,1,l);
         //L:=makelist(0,1,1);
         k:=0;
         m:=2^p-1;
         M:=2^(n-1)-2^(n-p-1);
         for(j:=m;j<=M;j++){
         if (sum(convert(j,base,2))==p){
         L[k]=<j;
         k:=k+1;
         }
         }
         M:=2^(n-1)-2^(n-p);
         for(j:=m-1;j<=M;j:=j+2){
         if (sum(convert(j,base,2))==p-1){
         L[k]=<j+2^(n-1);
         k:=k+1;
         }
         }
         return L;
         }:;

     On tape : `JXY:=juryXY(17,10)`
     On a : `size(JXY)=13013`
     On tape : `jurytire2:=convert(JXY[rand(13013)],base,2)`
     On obtient par exemple : `[1,1,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,1,1,0,1]`
   - programme `jurytireXY(J)` qui se sert de la liste `J` obtenue précédemment (`J:=jurys(17,10):;`)
     On tape :

         jurytireXY(J):={
         local k,n,(s:=size(J));
         n:=size(convert(J[s-1],base,2));
         k:=1+2^(n-1);
         while (irem(k,2)!=0 and k>=2^(n-1)){
         k:=J[rand(s)];
         }
         return k;
         }

     On tape : `jurytireXY(J)` On obtient par exemple : `54762`
     On tape : `convert(109242,base,2)`
     On obtient : `[0,1,0,1,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,1]`
3. On peut supposer que les cases de 0 à h−1 représentent les hommes et que les cases de h à n−1 représentent les femmes. On écrit un nouveau programme `jury55(h,f,p)` qui utilise le programme `jurys(n,p)` écrit précédemment ou on se sert de la liste `J` trouvée précedemment.
   - Le programme `jury55(h,f,p)`.
     On peut initialiser la liste `L` soit avec
     `L:=makelist(0,1,1);` soit avec
     `L:=makelist(0,1,comb(h,5)*comb(f,5));`
     puisque l’on connait sa longueur.

         jury55(h,f,p):={
         local L,j,k,M,F,l,p2;
         p2:=iquo(p,2);
         L:=makelist(0,1,1);
         //L:=makelist(0,1,comb(h,5)*comb(f,5));
         M:=jurys(h,p-p2);
         F:=jurys(f,p2)*2^h;
         l:=0;
         for(j:=0;j<comb(h,p-p2);j++){
         for(k:=0;k<comb(f,p2);k++){
         L[l]=<M[j]+F[k];
         l:=l+1;
         }
         }
         return L
         }:;

     `J55:=jury55(9,8,10)`
     `size(J55)=7056`
     On tape : `jurytire3:=convert(J55[rand(7056)],base,2)`
     On obtient par exemple : `[1,0,1,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1]`
   - Le programme `jurytire55(J,h)` qui se sert de la liste `J` obtenue précédemment :
     On tape :

         jurytire55(J,h):={
         local k,n,p,la,j,(s:=size(J));
         la:=convert(J[s-1],base,2);
         n:=size(la);
         p:=sum(la);
         k:=iquo(p,2);
         j:=1;
         while (sum(convert(irem(j,2^h),base,2))!=p-k){
         j:=J[rand(s)];
         }
         return j;
         }

     On tape : `jurytire4:=convert(jurytire55(J,9),base,2)`
     On obtient par exemple : `[1,1,1,0,1,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,1]`
4. On peut supposer que la case 0 représente Monsieur Y et que la case n−1 représente Madame X. Donc le jury repésenté par le nombre j est valable si :
   `irem(j,2)==0` ou si `j<2```^```(n-1)`.
   On peut réecrire un programme `jury55XY(h,f,p)` qui utilise `jury55`, ou un programme `jurys55XY(n,p)` qui n’utilise pas `jury55` mais `jurys`, ou utiliser la liste précédente `J55` et rejeter les mauvais tirages, ou encore utiliser la liste `J` du début et rejeter les mauvais tirages.
   - Le programme `juryXY55(h,f,p)` qui utilise `jury55`.
     On peut initialiser la liste `L` soit avec
     `L:=makelist(0,1,1);` soit avec
     `L:=makelist(0,1,comb(h,p-p2)*comb(f-1,p2-1));`
     puisque l’on connait sa longueur.

         juryXY55(h,f,p):={
         local LP,L,j,k,l,p2;
         p2:=iquo(p,2);
         LP:=jury55(h,f,p);
         //L:=makelist(0,1,1);
         s:=comb(h,p-p2)*comb(f,p2);
         l:=s-comb(h-1,p-p2-1)*comb(f-1,p2-1);
         L:=makelist(0,1,l);
         l:=0;
         for(j:=0;j<s;j++){
         k:=LP[j];
         if (irem(k,2)==0 or k<2^(h+f-1)) {
         L[l]=<k;
         l:=l+1;
         }
         }
         return L;
         }:;

     On tape : `JXY55:=juryXY55(9,8,10)`
     On a : `size(JXY55)=4606`
     On tape : `jurytire5:=convert(JXY[rand(40606)],base,2)`
     On obtient par exemple : `[1,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,0,1,1,0,1]`
     Mais ce programme appelle le programme `jurys` précédent....
   - Un programme `jurys55XY(n,p)` utilise `jurys`
     On tape le programme `jurys55XY(h,f,p)`.
     On peut initialiser la liste `L` soit avec
     `L:=makelist(0,1,1);` soit avec
     `L:=makelist(0,1,comb(h,p-p2)*comb(f-1,p2)+`
     `comb(h-1,p-p2)*comb(f-1,p2-1));`
     puisque l’on connait sa longueur.

         jurys55XY(h,f,p):={
         local L,j,k,M,F,l,p2;
         p2:=iquo(p,2);
         L:=makelist(0,1,1);
         //L:=makelist(0,1,comb(h,p-p2)*comb(f-1,p2)+
                       comb(h-1,p-p2)*comb(f-1,p2-1));
         M:=jurys(h,p-p2);
         F:=jurys(f-1,p2)*2^h;
         l:=0;
         for(j:=0;j<comb(h,p-p2);j++){
         for(k:=0;k<comb(f-1,p2);k++){
         L[l]=<M[j]+F[k];
         l:=l+1;
         }
         }
         M:=jurys(h-1,p-p2);
         F:=jurys(f-1,p2-1)*2^h;
         for(j:=0;j<comb(h-1,p-p2);j++){
         for(k:=0;k<comb(f-1,p2-1);k++){
         L[l]=<2*M[j]+F[k]+2^(h+f-1);
         l:=l+1;
         }
         }
         return L
         }:;

     On tape : `JJXY55:=jurys55XY(9,8,10)`
     On a : `size(JJXY55)=4606`
     On tape : `jurytire6:=convert(JJXY55[rand(4606)],base,2)`
     On obtient par exemple : `[0,0,0,1,1,0,1,1,1,1,1,1,0,1,0,0,1]`
   - Le programme `jurytireXY55(J55)` qui se sert de la liste `J55` obtenue précédemment (`J55:=jury55(h,f,p)`) :
     On tape :

         jurytireXY55(J55):={
         local n,k,(s=size(J55));
         n:=size(convert(J55[s-1],base,2));
         k:=1+2^(n-1);
         while (irem(k,2)!=0 and k>=2^(n-1)){
         k:=J55[rand(s)];
         }
         return k;
         }

     On tape : `jurytire()` On obtient par exemple : `63798`
     On tape : `convert(63798,base,2)`
     On obtient : `[0,1,1,0,1,1,0,0,1,0,0,1,1,1,1,1]`
   - Le programme `jurytireXY5(J,h)` qui se sert de la liste `J` obtenue précédemment (`J:=jurys(n,p)`) :
     On tape :

          jurytireXY5(J,h):={
         local n,k,la,p,(s=size(J));
         la:=convert(J[s-1],base,2);
         n:=size(la);
         p:=sum(la);
         k:=iquo(p,2);
         j:=1;
         while ((sum(convert(irem(j,2^h),base,2))!=p-k) or
                (irem(j,2)!=0 and j>=2^(n-1))){
         j:=J[rand(s)];
         }
         return j;
         }

     On tape : `jurytireXY5(J,9)`
     On obtient par exemple : `24359`
     On tape : `convert(24359,base,2)`
     On obtient : `[1,1,1,0,0,1,0,0,1,1,1,1,1,0,1]`

## 9.3 Visualistion des combinaisons modulo 2

### 9.3.1 L’énoncé

On veut visualiser les points k,j (j≤ k) tel que comb(k,j)=0 mod2

### 9.3.2 Le programme

On tape :

    dessincomb(n):={
      local j,k,L;
      L:=NULL;
      pour j de 1 jusque n faire
        pour k de j jusque n faire
          si irem(comb(k,j),2) alors
            L:=L,point(k,j,affichage=point_point);
          fsi;
        fpour;
      fpour;
      retourne L;
    }:;

On tape :
`dessincomb(255)`
On obtient :

## 9.4 Un exercice

On tire 100 fois de suite au hasard de façon équiprobable un entier p parmi 1,2..100 et on note np le nombre de fois où il a été tiré.
Écrire un programme qui représente les points p,np On tape :

    tirage():={
    local p,np,j,L,P;
    L:=0$(j=1..100)
    pour j de 0 jusque 99 faire
    p:=rand(100);
    L[p]:=L[p]+1;
    fpour;
    P:=NULL;
    pour p de 0 jusque 99 faire
    np:=L[p];
    si np!=0 alors P:=P,point(p+1+i*np); fsi;
    fpour;
    print(max(L));
    retourne P;
    }:;

On tape `tirage()`
On obtient :

## 9.5 Valeur de e et le hasard

### 9.5.1 L’énoncé

On tire des nombres au hasard dans [0;1[ et on les ajoute. On s’arrête quand la somme obtenue est strictement plus grande que 1. On peut montrer que le nombres de tirages nécessaires est en moyenne égal à e. Écrire un programme vérifiant expérimentalement ce résultat.

### 9.5.2 La solution avec `Xcas`

Dans `Xcas`, on peut soit utiliser `rand(0,1)`, soit utiliser la fonction `f:=rand(0..1)` pour obtenir un nombre au hasard entre 0 et 1.
On tape :`rand(0.1)`
On obtient : `0.482860322576`
On tape : `f:=rand(0..1)`
puis : `f()` On obtient : `0.8627617261373`
puis : `f()` On obtient : `0.3095522336662` etc....
On écrit le programme :

    approxe(n):={
    local j,S,k,N;
    N:=0;
    pour k de 1 jusque n faire
    S:=0;
    j:=0;
    tantque S<=1 faire
    S:=S+rand(0,1);
    j:=j+1;
    ftantque;
    N:=N+j;
    fpour;
    retourne evalf(N/n);
    }:;

On tape : `approxe(100000)`
On obtient : `2.71750000000`
alors que `evalf(e)=2.71828182846`

## 9.6 Distance moyenne entre de 2 points

### 9.6.1 L’énoncé

On veut évaluer la distance moyenne entre 2 points choisis au hasard : dans un segment S de longueur 1, dans le carré unité C ou dans le cube unité K.

1. Écrire un programme qui calcule cette distance moyenne lorsque l’on choisit au hasard n fois de suite 2 points dans S,dans C ou dans K, puis généraliser.
2. Faire une représentation graphique permettant de visualiser la répartition des distances dans le cube unité K.

### 9.6.2 La solution avec `Xcas`

1.     distS(n):={
       local xa,xb,j,d,D;
       D:=0;
       pour j de 1 jusque n faire
       xa:=rand(0,1);
       xb:=rand(0,1);
       d:=abs(xa-xb);
       D:=D+d;
       fpour;
       retourne evalf(D/n);
       }:;

       distC(n):={
       local xa,ya,xb,yb,j,d,D;
       D:=0;
       pour j de 1 jusque n faire
       xa:=rand(0,1);ya:=rand(0,1);
       xb:=rand(0,1);yb:=rand(0,1);
       d:=distance([xa,ya],[xb,yb]);
       D:=D+d;
       fpour;
       retourne evalf(D/n);
       }:;

       distK(n):={
       local xa,ya,za,xb,yb,zb,j,d,D;
       D:=0;
       pour j de 1 jusque n faire
       xa:=rand(0,1);ya:=rand(0,1);za:=rand(0,1);
       xb:=rand(0,1);yb:=rand(0,1);zb:=rand(0,1);
       d:=distance([xa,ya,za],[xb,yb,zb]);
       D:=D+d;
       fpour;
       retourne evalf(D/n);
       }:;

       distp(p,n):={
       local a,b,j,d,D;
       D:=0;
       pour j de 1 jusque n faire
       a:=op(randMat(1,p,0..1));
       b:=op(randMat(1,p,0..1));
       d:=sqrt(sum((a-b)^2));
       D:=D+d;
       fpour;
       retourne evalf(D/n);
       }:;

   On tape : `distS(100000)`
   On obtient : `0.333424530881`
   On tape : `distC(100000)`
   On obtient : `0.522140638365`
   On tape : `distK(100000)`
   On obtient : `0.6627691590747`
   On tape : `distp(4,100000)`
   On obtient : `0.777235961163`
   On tape : `distp(5,100000)`
   On obtient : `0.877837288394`

2.     graphdist(n):={
       local xa,ya,za,xb,yb,zb,j,d,L;
       L:=NULL;
       pour j de 1 jusque n faire
       xa:=rand(0,1);ya:=rand(0,1);za:=rand(0,1);
       xb:=rand(0,1);yb:=rand(0,1);zb:=rand(0,1);
       d:=distance([xa,ya,za],[xb,yb,zb]);
       L:=L,point(j+i*d);
       fpour;
       retourne L;
       }:;

On tape : `graphdist(10000)`
On obtient :