التعرج (الرياضيات)

في الرياضيات ، يُعرف التعرج أو التعرج المغلق بأنه منحنى مغلق يتجنب نفسه ويتقاطع مع خط مستقيم عدة مرات، أي أنه يتقاطع مع الخط أثناء انتقاله من جانب إلى آخر. ويمكن تشبيه التعرج، بشكل بديهي، بنهر متعرج يعبره طريق مستقيم عبر عدد من الجسور. ولذلك، تُسمى نقاط تقاطع الخط والمنحنى "جسورًا".

تسكع

بفرض وجود خط ثابت L في المستوى الإقليدي ، فإن التعرج من الرتبة n هو منحنى مغلق يتجنب نفسه في المستوى ويتقاطع مع الخط عند 2n نقطة . يكون تعرجان متكافئين إذا أمكن تحويل أحدهما بشكل مستمر إلى الآخر مع الحفاظ على خاصية كونه تعرجًا، مع بقاء ترتيب الجسور على الطريق، بالترتيب الذي يتم عبورها به، ثابتًا.

أمثلة

يتقاطع المنعطف الوحيد من الدرجة الأولى مع الخط مرتين:

يتقاطع هذا التعرج مع الخط أربع مرات، وبالتالي يكون من الرتبة 2:

يوجد مساران متعرجان من الدرجة الثانية. يؤدي قلب الصورة عموديًا إلى إنتاج المسار الآخر.

توجد ثمانية منعطفات غير متكافئة من الرتبة الثالثة، يتقاطع كل منها مع الخط ست مرات. إليك اثنان منها:

أرقام المياندريك

عدد التعرجات المتميزة من الرتبة n هو العدد المتعرجي M n . ترد أدناه الأعداد المتعرجية الخمسة عشر الأولى (التسلسل A005315 في OEIS ) .

M 1 = 1
م 2 = 2
M 3 = 8
م 4 = 42
M 5 = 262
M 6 = 1828
M 7 = 13820
M 8 = 110954
M 9 = 933458
M 10 = 8152860
M 11 = 73424650
M 12 = 678390116
M 13 = 6405031050
M 14 = 61606881612
M 15 = 602188541928

التباديل المياندريكية

التبديل الماندريكي (1 8 5 4 3 6 7 2)

يتم تعريف التبديل الماندريكي من الرتبة n على المجموعة {1، 2، ...، 2n } ويتم تحديده على النحو التالي:

  • مع توجيه الخط من اليسار إلى اليمين، يتم تسمية كل تقاطع من التعرج بشكل متتابع بالأعداد الصحيحة، بدءًا من 1.
  • المنحنى موجه للأعلى عند نقطة التقاطع التي تحمل الرقم 1.
  • The cyclic permutation with no fixed points is obtained by following the oriented curve through the labelled intersection points.

In the diagram on the right, the order 4 meandric permutation is given by (1 8 5 4 3 6 7 2). This is a permutation written in cyclic notation and not to be confused with one-line notation.

If π is a meandric permutation, then π2 consists of two cycles, one containing all the even symbols and the other all the odd symbols. Permutations with this property are called alternate permutations, since the symbols in the original permutation alternate between odd and even integers. However, not all alternate permutations are meandric because it may not be possible to draw them without introducing a self-intersection in the curve. For example, the order 3 alternate permutation, (1 4 3 6 5 2), is not meandric.

Open meander

Given a fixed line L in the Euclidean plane, an open meander of order n is a non-self-intersecting curve in the plane that crosses the line at n points. Two open meanders are equivalent if one can be continuously deformed into the other while maintaining its property of being an open meander and leaving the order of the bridges on the road, in the order in which they are crossed, invariant.

Examples

The open meander of order 1 intersects the line once:

The open meander of order 2 intersects the line twice:

صورة ميندر مفتوحة M2 jaredwf.png

Open meandric numbers

The number of distinct open meanders of order n is the open meandric numbermn. The first fifteen open meandric numbers are given below (sequence A005316 in the OEIS).

m1 = 1
m2 = 1
m3 = 2
m4 = 3
m5 = 8
m6 = 14
m7 = 42
m8 = 81
m9 = 262
m10 = 538
m11 = 1828
m12 = 3926
m13 = 13820
m14 = 30694
m15 = 110954

Semi-meander

بفرض وجود شعاع ثابت الاتجاه R (نصف خط مغلق) في المستوى الإقليدي، فإنّ نصف التعرج من الرتبة n هو منحنى مغلق غير متقاطع مع نفسه في المستوى يتقاطع مع الشعاع عند n نقطة. يكون نصفا تعرج متكافئين إذا أمكن تحويل أحدهما بشكل متواصل إلى الآخر مع الحفاظ على خاصية كونه نصف تعرج، مع بقاء ترتيب الجسور على الشعاع، بالترتيب الذي تتقاطع به، ثابتًا.

أمثلة

يتقاطع شبه التعرج من الدرجة 1 مع الشعاع مرة واحدة:

يتقاطع شبه التعرج من الدرجة الثانية مع الشعاع مرتين:

Meander M1 jaredwf.png

الأرقام شبه الماندرية

عدد التعرجات النصفية المتميزة من الرتبة n هو العدد شبه المتعرج M n (ويُشار إليه عادةً بخط علوي بدلاً من خط سفلي). ترد أدناه الأعداد النصفية المتعرجة الخمسة عشر الأولى (التسلسل A000682 في OEIS ) .

M 1 = 1
م 2 = 1
M 3 = 2
م 4 = 4
M 5 = 10
م 6 = 24
م 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

خصائص الأرقام المتعرجة

توجد دالة أحادية من الأعداد الماندرية إلى الأعداد الماندرية المفتوحة:

M n = m 2 n 1

يمكن تحديد كل عدد من أعداد الماندريك بأعداد شبه الماندريك:

M n M n M 2 n

بالنسبة لـ n > 1، تكون الأعداد المتعرجة زوجية :

M n ≡ 0 (mod 2)