Web matrices : structural properties and generating combinatorial identities

In this paper we present new results for the combinatorics of web diagrams and web worlds. These are discrete objects that arise in the physics of calculating scattering amplitudes in non-abelian gauge theories. Web-colouring and web-mixing matrices (collectively known as web matrices) are indexed by ordered pairs of web-diagrams and contain information relating the number of colourings of the first web diagram that will produce the second diagram. We introduce the black diamond product on power series and show how it determines the web-colouring matrix of disjoint web worlds. Furthermore, we show that combining known physical results with the black diamond product gives a new technique for generating combinatorial identities. Due to the complicated action of the product on power series, the resulting identities appear highly non-trivial. We present two results to explain repeated entries that appear in the web matrices. The first of these shows how diagonal web matrix entries will be the same if the comparability graphs of their associated decomposition posets are the same. The second result concerns general repeated entries in conjunction with a flipping operation on web diagrams. We present a combinatorial proof of idempotency of the web-mixing matrices, previously established using physical arguments only. We also show how the entries of the square of the web-colouring matrix can be achieved by a linear transformation that maps the standard basis for formal power series in one variable to a sequence of polynomials. We look at one parameterized web world that is related to indecomposable permutations and show how determining the web-colouring matrix entries in this case is equivalent to a combinatorics on words problem

Dénombrement des polyominos F-convexes sur le réseau triangulaire et bijection entre polyominos F-convexes hexagonaux et triangulaires

Les polyominos sur les réseaux carré et hexagonal ayant des propriétés de convexité ont été largement étudiés, et leurs classes de symétrie ont été dénombrées (par leurs séries génératrices selon divers paramètres: l'aire, le périmètre, la largeur, la hauteur, etc.). Les polyominos pouvant être considérés comme des objets dans l'espace, on les dénombre à translations, à rotations et à réflexions près. Un résultat classique de la théorie des groupes, le lemme de Burnside nous aidera à ce niveau. On s'intéresse donc au dénombrement des classes de polyominos convexes ayant des propriétés de symétries. Dans ce mémoire on s'intéresse aux polyominos sur le réseau triangulaire. Quelques travaux ont été faits sur ce réseau, notamment sur les polyominos parallélogrammes, les polyominos dirigés et les animaux. Ce mémoire porte entre autres sur le dénombrement des classes de symétrie des polyominos F-convexes (convexité forte) sur le réseau triangulaire. On présente aussi quelques résultats concernant les polyominos HV-convexes (l'équivalent des polyominos EG-convexes sur le réseau hexagonal, soit une convexité selon un axe horizontal et un axe vertical). Les formes de convexité vont êtres définies dans l'introduction. On introduira aussi une classe particulière de polyominos, soit les polyominos filiformes. Le premier chapitre porte sur le dénombrement des polyominos triangulaires F-convexes. On utilisera pour cela les méthodes de Fouad Hassani et de Mireille Bousquet-Mélou, qui ont fait leurs preuves sur le réseau hexagonal. On obtient ainsi des formes closes remarquables pour leurs séries génératrices selon plusieurs paramètres, dont la largeur, l'aire et le périmètre. Le deuxième chapitre porte sur les polyominos HV-convexes, dont on donne les équations fonctionnelles. Le troisième chapitre dénombre des polyominos convexes triangulaires particuliers, comme les polyominos partages, les polyominos tas et les polyominos parallélogrammes. Le quatrième chapitre dénombre les classes de symétries des polyominos F-convexes, soit leurs orbites. On fait aussi un rappel de quelques résultats de la théorie des groupes et de leur action, notamment sur les groupes diédraux D6 des isométries de l'hexagone et D2, sous-groupe de D4 des isométries du carré. En se basant sur la dualité des graphes plans, on présente dans le cinquième chapitre une bijection entre les polyominos C-convexes du réseau hexagonal et des structures "polyominomiales" sur le réseau triangulaire. Ces structures généralisent les polyominos triangulaires en admettant des parties filiformes tout en satisfaisant les conditions de C-convexité. De plus, nous donnons des formules simples de passage pour ce qui est des paramètres largeur, aire et périmètre selon cette bijection. On en déduit, par restriction, une bijection entre les polyominos F-convexes des réseaux hexagonal et triangulaire. Notons que tous les calculs sur les séries génératrices ont été faits sur le logiciel Maple. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Polyomino(s), Polyomino(s) convexe(s), Réseau triangulaire, Dénombrement