Exercice 2 — graphe orienté (5 points), dans l'esprit des sessions Économie et Gestion 2017–2026
On considère le graphe orienté ci-dessous, de sommets , , , et .
Tableau à recopier et compléter (question 1.a), où et désignent respectivement le nombre d'arcs sortants et le nombre d'arcs entrants :
Pour la question 3, on donne les matrices suivantes, où est la matrice associée à (sommets rangés dans l'ordre alphabétique) :
- Recopier et compléter le tableau ci-dessus.
- Justifier que le graphe n'admet pas de cycle orienté eulérien.
- Montrer que admet une chaîne orientée eulérienne, puis en donner un exemple.
- Quel arc doit-on ajouter au graphe pour obtenir un graphe orienté eulérien de même ordre ? Donner alors un cycle orienté eulérien.
- Donner la matrice associée au graphe , les sommets étant rangés dans l'ordre alphabétique.
- Justifier, sans calcul, que la matrice n'est pas symétrique.
- Combien y a-t-il de chaînes orientées de longueur arrivant au sommet ? Les citer.
- Combien y a-t-il de chaînes orientées de longueur allant de à ? Citer ces chaînes.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche
1.a Idée : compte les arcs qui partent du sommet, ceux qui y arrivent. On lit sur la figure les huit arcs , , , , , , et :
Contrôle : , le nombre d'arcs (chaque arc part d'un sommet et arrive à un autre).
1.b Un cycle orienté eulérien impose en chaque sommet : on entre dans un sommet autant de fois qu'on en sort. Or et : n'admet pas de cycle orienté eulérien.
1.c Idée : un graphe orienté connexe admet une chaîne orientée eulérienne lorsque en tout sommet sauf en deux : le départ, où , et l'arrivée, où . La chaîne passe par les cinq sommets : est connexe. La différence vaut en , et , en et en : admet une chaîne orientée eulérienne de à .
Exemple : emprunte chacun des huit arcs une fois et une seule.
1.d Idée : l'arc ajouté doit donner un arc sortant de plus à et un arc entrant de plus à : il va de l'arrivée vers le départ . L'arc n'existe pas dans . Après l'avoir ajouté, et , les autres sommets sont inchangés et le graphe reste connexe : on obtient un graphe orienté eulérien d'ordre . Il suffit de prolonger la chaîne précédente par le nouvel arc : est un cycle orienté eulérien.
2.a Idée : s'il existe un arc du -ème sommet vers le -ème, sinon ; la ligne est le sommet de départ.
On retrouve en sommant chaque ligne et en sommant chaque colonne.
2.b car l'arc existe, mais car il n'y a pas d'arc : , donc n'est pas symétrique. C'est le cas dès qu'un arc n'a pas d'arc retour.
3.a Idée : compte les chaînes orientées de longueur de vers ; « arriver en » en partant de n'importe quel sommet, c'est sommer la colonne de . La deuxième colonne de est : il y a chaînes orientées de longueur arrivant en .
Ce sont , , , : une issue de , une de , deux de , comme l'indique la colonne.
3.b Idée : , donc le coefficient ligne (cinquième), colonne (troisième) de est le produit de la ligne de par la colonne de .
Idée : pour les citer, partir d'une chaîne sans répétition de à et y insérer des circuits. Ces chaînes sont et , de longueur , et , de longueur . Les circuits de ont pour longueur (par exemple ) ou ( et ) : on ne peut pas allonger une chaîne de longueur de arcs, mais on allonge d'un circuit de longueur . On trouve bien deux chaînes :
et .