On the Combinatorics of Palindromes and Antipalindromes

We prove a number of results on the structure and enumeration of palindromes and antipalindromes. In particular, we study conjugates of palindromes, palindromic pairs, rich words, and the counterparts of these notions for antipalindromes.Comment: 13 pages/ submitted to DLT 201

Palindromic complexity of codings of rotations

International audienceWe study the palindromic complexity of infinite words obtained by coding rotations on partitions of the unit circle by inspecting the return words. The main result is that every coding of rotations on two intervals is full, that is, it realizes the maximal palindromic complexity. As a byproduct, a slight improvement about return words in codings of rotations is obtained: every factor of a coding of rotations on two intervals has at most 4 complete return words, where the bound is realized only for a finite number of factors. We also provide a combinatorial proof for the special case of complementary-symmetric Rote sequences by considering both palindromes and antipalindromes occurring in it

Sur le défaut palindromique des mots infinis

Lorsqu'on s'intéresse à l'étude de la structure combinatoire d'un mot infini w, une stratégie classique consiste à calculer sa fonction de complexité, c'est-à-dire à décrire le nombre de mots de longueur n qui apparaissent dans w, pour chaque entier n ≥ 0. Récemment, des chercheurs se sont intéressés à un raffinement de cette notion en introduisant la fonction de complexité palindromique: pour chaque entier n ≥ 0, nous calculons le nombre de palindromes de longueur n apparaissant dans w. Rappelons qu'un palindrome est un mot qui se lit de la même façon de gauche à droite que de droite à gauche (par exemple, "radar" et "ressasser" sont des palindromes de la langue française). La connaissance des palindromes apparaissant dans un mot permet de déduire de nombreuses informations précieuses sur sa structure. Par exemple, un mot admettant une infinité de palindromes préfixes est nécessairement récurrent (tout facteur apparaît une infinité de fois) et son langage est fermé sous l'opération miroir. D'autre part, nous étudions également les occurrences de facteurs antipalindromiques (une généralisation de la notion de palindrome), qui semblent naturellement en interaction avec les palindromes usuels. En particulier, nous décrivons les complexités palindromique et antipalindromique de quelques familles importantes de mots: les mots périodiques, les mots sturmiens, le mot de Thue-Morse et les suites de Rote. Dans un deuxième temps, nous étudions le défaut palindromique des mots finis et infinis. Il s'agit d'une mesure de "richesse" ou de "pauvreté" en palindromes des mots. Nous montrons en particulier que certains mots associés aux suites de Rote, à l'instar des mots sturmiens (Droubay, Justin et Pirillo, 2001), sont aussi pleins, c'est-à-dire qu'ils réalisent la complexité palindromique maximale, et nous établissons aussi des conditions sous lesquelles les mots périodiques sont pleins. Une section supplémentaire est consacrée à l'étude des lacunes du mot de Thue-Morse, qui admet une infinité de palindromes, mais dont le défaut est infini (c'est-à-dire qu'il possède une infinité de lacunes palindromiques). En dernier lieu, nous mentionnons quelques problèmes ouverts dans ce passionnant champ de recherche. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Combinatoire, Mots, Palindromes, Antipalindromes, Complexité, Défaut

Propriétés combinatoires des f-palindromes

Ce mémoire fait partie du domaine de la combinatoire des mots et plus particulièrement\ud de l'étude de la complexité palindromique (le nombre de facteurs palindromes) des mots infinis. La conjecture de Hof, Knill et Simon, énoncée pour la première fois en 1995, donne une caractérisation des points fixes dont la complexité palindromique est infinie. Récemment, elle a été résolue pour les points fixes sur un alphabet binaire (Tan, 2007). Dans ce mémoire, nous la démontrons pour les points fixes de morphismes uniformes\ud sur un alphabet binaire (ce n'est pas plus général que le résultat de Tan). De plus, notre approche permet d'obtenir une démonstration d'un résultat similaire pour les points fixes contenant une infinité d'antipalindromes. Afin d'atteindre notre objectif, nous établissons un ensemble de résultats combinatoires sur les mots. En effet, nous faisons une étude des ƒ-palindromes et de certaines équations qui en contiennent. Ensuite, nous introduisons les morphismes de classe P, P¹ et ƒ-P et nous démontrons notamment que l'ensemble des morphismes de classe P¹ est un monoïde. Nous rassemblons également les résultats d'un travail précédent sur les morphismes conjugués. Finalement, nous étudions les chevauchements de mots et nous construisons un graphe de chevauchements, assise de notre démonstration de la conjecture. Toutes ces recherches ont contribué au développement d'un outil informatique voué à l'étude de questions soulevées en combinatoire des mots. Ce dernier est constitué\ud d'un ensemble de classes et de fonctions écrites en langage Python annexées à ce mémoire. Elles seront bientôt incluses dans un paquetage sur la combinatoire des mots associé au logiciel libre Sage. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Combinatoire des mots, ƒ-palindrome, Complexité palindromique, Conjecture de Hof, Knill et Simon, Point fixe de morphisme, Chevauchement, Automates

Theta palindromes in theta conjugates

A DNA string is a Watson-Crick (WK) palindrome when the complement of its reverse is equal to itself. The Watson-Crick mapping $\theta$ is an involution that is also an antimorphism. $\theta$-conjugates of a word is a generalisation of conjugates of a word that incorporates the notion of WK-involution $\theta$. In this paper, we study the distribution of palindromes and Watson-Crick palindromes, also known as $\theta$-palindromes among both the set of conjugates and $\theta$-conjugates of a word $w$. We also consider some general properties of the set $C_{\theta}(w)$, i.e., the set of $\theta$-conjugates of a word $w$, and characterize words $w$ such that $|C_{\theta}(w)|=|w|+1$, i.e., with the maximum number of elements in $C_{\theta}(w)$. We also find the structure of words that have at least one (WK)-palindrome in $C_{\theta}(w)$.Comment: Any suggestions and comments are welcom

The Calkin-Wilf Tree and Its Various Properties

The Tree of All Fractions, otherwise known as the Calkin-Wilf tree, gets its name from the fact that every reduced positive rational appears once in this binary search tree. We look at the various properties this tree is known to hold and will explore a plethora of related, yet new, characteristics within the patterns of the tree. One of the most interesting properties of the tree we will state is the numerators are the hyperbinary representation of that index in the sequence, as already observed by Calkin and Wilf. We will take look at this as well as the ordering of the numerators. We notice that some numbers in the sequence of numerators appeared out of order, i.e. if N +1 appears before N in the sequence of numerators. We found these oddities and looked at the distance between these occurrences. We also look closely at the paths\u27\u27 of the rationals in the tree. The path\u27\u27 of an element is the right and left steps it takes to reach said element. We let 0 represent a left step and 1 represent a right step. We explore various ways to change or look at the paths, as well as with matrices that represent the left and right steps. We also question the claim, ∀∊ \u3e 0 and x ∈ ℝ+, there exists an n such that $\left \vert x - \frac{a_n}{a_{n+1}} \right \vert \u3c ∊. In other words, for any positive real number, there is a rational number that is incredibly close to the real number given. We use ideas from continued fraction approximations and computation to bring this claim to life. From this claim, we attempt to define a distrubtion over the real numbers