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De combien de façons n convives (discernables) peuvent-ils s'asseoir…

Exercice classique · niveau 2 · mathématiques MPSI, chapitre 18 — Dénombrement · B. Listes, arrangements, permutations

Énoncé

De combien de façons convives (discernables) peuvent-ils s'asseoir autour d'une table ronde, deux dispositions étant considérées comme identiques lorsqu'elles se déduisent l'une de l'autre par une rotation ?

Corrigé

Stratégie : « fixer un repère » — ou, ce qui revient au même, compter les dispositions linéaires puis diviser par le nombre de rotations.

Première voie — on fixe un convive. Les places de la table sont indiscernables tant qu'on n'a asseoir personne. Asseyons donc le convive où l'on veut : à rotation près, toute disposition en admet une et une seule où occupe cette place. Une fois posé, les places sont repérées (« à gauche de », « en face », …) : les autres convives se répartissent sur les places restantes, librement. D'où

Seconde voie — compter puis diviser. Numérotons provisoirement les places de à : il y a dispositions. Deux dispositions donnent la même disposition circulaire si et seulement si l'une se déduit de l'autre par l'une des rotations. Chaque classe a donc éléments, et il y a classes.

⚠️ Le point délicat : pourquoi les rotations d'une disposition sont-elles deux à deux distinctes ? Parce que les convives sont discernables : une rotation non triviale déplace , donc change la disposition numérotée. Sans cette remarque, la division par n'est pas justifiée — et l'énoncé voisin des colliers, où l'on identifie aussi une disposition à son image miroir, le montre bien : là les classes n'ont pas toutes le même cardinal (certaines dispositions sont leur propre miroir), la division brutale par est fausse, et il faut un outil plus fin.

Contrôle exhaustif. : la formule prédit . Le programme qui regroupe les permutations de par rotation trouve exactement classes ✓. : classes parmi permutations ✓. : — et l'on voit bien les deux sens de rotation autour de la table.

Ce que l'exercice installe : quotienter par une symétrie. On compte l'objet « rigidifié », puis on divise par le nombre de symétries — après avoir vérifié qu'elles agissent sans point fixe. C'est la même mécanique qu'au n° 4 (permuter les lettres identiques) et qu'au n° 6 (permuter des paquets anonymes).

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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.