Carrés magiques et matrices associées
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Carrés magiques et matrices associées



  1. #1
    Maharishi

    Carrés magiques et matrices associées


    ------

    Bonsoir,

    J' aimerais savoir s' il existe des liens intéressants entre les carrés magiques et les propriétés (déterminants, matrices inverses... ) des matrices qui les "représentent".

    Autrement, j' aimerais aussi savoir s' il on peut parler de matrices "cubiques" voire "sphériques".

    Merci par avance

    -----

  2. #2
    geometrodynamics_of_QFT

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Tiens intéressant...
    Facile à voir :

    Prenons 2 carrés magiques différents: A = {{2, 7, 6}, {9, 5, 1}, {4, 3, 8}} et B = {{5, 12, 10}, {14, 9, 4}, {8, 6, 13}}

    det A = 2*(40-3) - 7*(72-4) + 6*(27-20) ~ 2*7*5 - 7*68 + 6*7 = 7*(10 - 68 + 6) < 0 (=-360)
    det B = 5*(107-24) - 12*(182-32) + 10*(84-72) ~ 5*(7*12) - 12*150 + 10*12 = 12*(35 - 150 + 10) < 0 (=-1215)

    inverse de A = ceci, qui est un carré magique de somme 24/360 (360 est le déterminant en valeur absolue)
    inverse de B = ceci, qui est un carré magique de somme 15/405 (405 est le tiers du déterminant en valeur absolue)

    Une matrice cubique? oui, même à N dimensions, on appelle ça un tenseur.
    Mais une matrice sphérique????
    Dernière modification par geometrodynamics_of_QFT ; 11/08/2017 à 21h51.

  3. #3
    geometrodynamics_of_QFT

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Au passage, vous connaissez le "Paker square"?

    Au passage du passage, il y a un prix de 1000€ pour le premier qui trouve un carré magique 3x3 dont les entrées sont toutes des carrés d'entiers différents (cfr dans la video)
    Dernière modification par geometrodynamics_of_QFT ; 11/08/2017 à 21h58.

  4. #4
    geometrodynamics_of_QFT

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    En regardant d'un peu plus près les résultats (plus bas dans la page), on peut postuler que l'inverse de la matrice M d'un carré magique est un carré magique de somme S.

    , où sont les valeurs propres et est le déterminant de M.

    Ou un truc qui s'en rapproche...(je l'ai fait mentalement, j'ai la flemme ^^)
    Dernière modification par geometrodynamics_of_QFT ; 11/08/2017 à 22h12.

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    Maharishi

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    D' accord, merci pour votre travail, c' est intéressant

  7. #6
    geometrodynamics_of_QFT

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Ce qui serait intéressant, c'est de démontrer tout ça ^^
    Dernière modification par geometrodynamics_of_QFT ; 11/08/2017 à 22h16.

  8. #7
    Kairn

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Salut !

    Citation Envoyé par geometrodynamics_of_QFT Voir le message
    , où sont les valeurs propres et est le déterminant de M.
    Ça me parait étrange.
    Dans le cas de A = {{2, 7, 6}, {9, 5, 1}, {4, 3, 8}}, A est diagonalisable (c'est notre ami qui le dit : https://www.wolframalpha.com/input/?...B4,+3,+8%7D%7D). Si tu parles des valeurs propres de A, alors la formule pour S donne S=-1, ce qui est différent de 24/360. Si tu parles des valeurs propre de inv(A), alors la formule donne S=-det(A)².

  9. #8
    geometrodynamics_of_QFT

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Citation Envoyé par Kairn Voir le message
    Salut !



    Ça me parait étrange.
    Dans le cas de A = {{2, 7, 6}, {9, 5, 1}, {4, 3, 8}}, A est diagonalisable (c'est notre ami qui le dit : https://www.wolframalpha.com/input/?...B4,+3,+8%7D%7D). Si tu parles des valeurs propres de A, alors la formule pour S donne S=-1, ce qui est différent de 24/360. Si tu parles des valeurs propre de inv(A), alors la formule donne S=-det(A)².
    En effet, je dirais plutôt que la somme S' (ou la trace) de l'inverse de la matrice M du carré magique de somme (ou de trace) S est donnée par:

    , où sont les valeurs propres de M, et le déterminant de M.
    Autrement dit,
    C'est bon là non?

    Si ce résultat est correct, est-ce un résultat général pour toute matrice carrée inversible, ou un résultat propre aux carrés magiques?
    (Et est-il prouvé que la matrice associée à tout carré magique est inversible?)
    Dernière modification par geometrodynamics_of_QFT ; 12/08/2017 à 11h51.

  10. #9
    Kairn

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Salut !

    Si tu proposes des formules tu peux les tester sur des exemples pour voir si ça colle ou pas. En l'occurrence, en reprenant A = {{2, 7, 6}, {9, 5, 1}, {4, 3, 8}}, on a dit que A est diagonalisable et avec les valeurs propres de A. Ta nouvelle formule donne et puisque ici det(A)<0, ça donne . Or tr(A)>0, et on constate que tr(A^(-1))>0. Au signe près la formule marche pour A.


    Je ne sais pas si c'est correct, je ne sais pas ce qu'on a prouvé sur les matrices de carrés magiques ^^ La formule (au signe près) est peut-être correcte pour les carrés magiques (elle fonctionne pour les exemples A et B du post #2), mais elle n'est pas vrai en général. Par exemple, et . On a tr(M)=3 et tr(M^(-1))=3/2.

  11. #10
    Kairn

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    On peut même simplifier ta formule (et corriger le signe). Puisque ça fait : . Ce serait rigolo que ce soit vrai.

  12. #11
    geometrodynamics_of_QFT

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    J'ai pu trouver ici que

    a) Soit A une matrice symétrique définie positive
    Ce n'est pas le cas pour un carré magique (non-symétrique)

    b) Donc il existe une matrice diagonale D telle que A = PDP^(-1) ==> A^(-1)A = I = A^(-1)PDP^(-1) ==> P = A^(-1)PDI etc...
    c) Donc A^(-1) = P^(-1)D^(-1)P, et donc Tr(A^(-1)) = Tr(D^(-1))
    d) Comme D est une matrice diagonale, les entrées diagonales de D^(-1) sont les réciproques des entrées de D.
    Donc Tr(A^(-1)) = \sum_i 1/A_ii...

    Sur quoi te bases-tu pour affirmer que la matrice M d'un carré magique est diagonalisable?
    Dernière modification par geometrodynamics_of_QFT ; 12/08/2017 à 13h16.

  13. #12
    geometrodynamics_of_QFT

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Mon message précédent en plus lisible:

    a) Soit une matrice symétrique définie positive
    Ce n'est pas le cas pour un carré magique (non-symétrique)

    b) Donc il existe une matrice diagonale telle que etc...
    c) Donc , et donc
    d) Comme est une matrice diagonale, les entrées diagonales de sont les réciproques (les inverses) des entrées de .

    Donc ....

    (j'ai pas très bien compris la déduction du point c), mais je leur fait confiance ^^)
    Dernière modification par geometrodynamics_of_QFT ; 12/08/2017 à 13h26.

  14. #13
    geometrodynamics_of_QFT

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Citation Envoyé par Kairn Voir le message
    Si tu proposes des formules tu peux les tester sur des exemples pour voir si ça colle ou pas.
    C'est ce que j'ai évidemment fait avant de corriger la formule initiale...quand je dis "c'est bon là?", c'est pour demander une vérification par un pair
    Mais content de voir qu'on aboutit à la même conclusion


    Citation Envoyé par Kairn Voir le message
    On a tr(M)=3 et tr(M^(-1))=3/2.
    Donc on a bien tr(M^(-1)) = 1/1 + 1/2 = 1/M_11 + 1/M_22, comme dans le résultat pour une matrice symétrique définie positive du message #12...

    Citation Envoyé par Kairn Voir le message
    Ce serait rigolo que ce soit vrai.
    Oui à fond car ça donnerait une équation de plus aux 7 équations de départ pour trouver un carré magique composé de carrés d'entiers...du coup, comme il y a 9 inconnues, ça réduirait l'indétermination d'une double infinité à une simple infinité!
    En terme algorithmique, on gagnerait un facteur vitesse...en passant de O(whatever) à O(racine de whatever) (intuitivement sans trop réfléchir...)

    Bon donc on en est là :

    Est-ce que, pour toute matrice M associée à un carré magique, ?
    Dernière modification par geometrodynamics_of_QFT ; 12/08/2017 à 14h03.

  15. #14
    geometrodynamics_of_QFT

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    (et pas uniquement pour les deux exemples étudiés...)

  16. #15
    geometrodynamics_of_QFT

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Et donc préalablement à cette question :
    Est-ce que le déterminant de la matrice associée à un carré magique est toujours non-nul?

    J'imagine que c'est trivial :
    La matrice est de rang maximal...donc elle est inversible?
    Dernière modification par geometrodynamics_of_QFT ; 12/08/2017 à 14h33.

  17. #16
    Noress

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Bonjour,
    Citation Envoyé par Maharishi Voir le message
    (...) j' aimerais aussi savoir s' il on peut parler de matrices (...) "sphériques"(...)
    Citation Envoyé par geometrodynamics_of_QFT Voir le message
    (...)Mais une matrice sphérique????
    Peut-être que Maharishi, à travers "sphérique" cherche à désigner des cubes magiques où en plus du volume on tiendrait compte de l'espace intérieur du cube ne contenant que des carrés magiques.
    Mais je ne sais pas si l'on est aussi dans le cadre des tenseurs.

    Cordialement.

  18. #17
    Maharishi

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Citation Envoyé par Noress Voir le message
    Bonjour,


    Peut-être que Maharishi, à travers "sphérique" cherche à désigner des cubes magiques où en plus du volume on tiendrait compte de l'espace intérieur du cube ne contenant que des carrés magiques.
    Mais je ne sais pas si l'on est aussi dans le cadre des tenseurs.

    Cordialement.
    Bonjour,

    Ce que je souhaitais savoir c' est si l' on pouvait parler de matrices sous forme d' une sphère composée éventuellement de matrices cubiques "tronquées" qui formeraient des pyramides infiniment petites dont les "pointes" constitueraient la surface de cette dite sphère (c' est peut être confus désolé )

  19. #18
    minushabens

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Citation Envoyé par geometrodynamics_of_QFT Voir le message
    (j'ai pas très bien compris la déduction du point c), mais je leur fait confiance ^^)
    elle découle du fait que Tr(AB)=Tr(BA)

    sinon l'inverse d'un carré magique n'est évidemment pas un carré magique (en général, mais je pense jamais)

  20. #19
    geometrodynamics_of_QFT

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Citation Envoyé par minushabens Voir le message
    elle découle du fait que Tr(AB)=Tr(BA)

    sinon l'inverse d'un carré magique n'est évidemment pas un carré magique (en général, mais je pense jamais)

    ce sont en tout cas des carrés magiques de sommes rationelles (quotient d'entiers)...voir les 2 exemples dans le message #2

  21. #20
    minushabens

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    un carré magique étant constitué d'entiers tes exemples n'en sont pas. Tu devrais peut-être commencer par étudier les matrices en nombres entiers, et voir quelles sont celles dont l'inverse est aussi en nombres entiers.

  22. #21
    geometrodynamics_of_QFT

    Re : Carrés magiques et matrices associées

    Citation Envoyé par minushabens Voir le message
    un carré magique étant constitué d'entiers tes exemples n'en sont pas. Tu devrais peut-être commencer par étudier les matrices en nombres entiers, et voir quelles sont celles dont l'inverse est aussi en nombres entiers.
    Personne ne peut en tout cas m'empêcher de définir la notion de "carré magique rationnel", où chaque élément est un nombre rationnel, et chaque ligne, colonne et diagonale fournit la même somme rationnelle.
    C'est le cas qui se présente ici.
    Mais je suis d'accord avec toi, techniquement la matrice inverse d'une matrice associée à un carré magique ne représente effectivement pas un carré magique au sens usuel.
    Dernière modification par geometrodynamics_of_QFT ; 13/08/2017 à 17h50.

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