Le cours de Graphes et matrices d'adjacence permet de passer d'un graphe orienté au degré d'un sommet puis à une matrice d'adjacence, en fixant toujours l'ordre des sommets.
Chaque chemin de longueur donnée est ensuite relié à une puissance de matrice ou à un produit matriciel, tandis que la parité des degrés décide d'une chaîne eulérienne.
Lire et représenter un graphe
Fixer l'ordre des sommets.
Exercice 1 : Degrés d’un graphe
Un graphe non orienté a pour degrés 2, 3, 3, 4.
- Calculer le nombre d'arêtes.
- Pourquoi la somme doit-elle être paire ?
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- La somme vaut 12, donc le graphe possède arêtes.
- Chaque arête contribue une unité au degré de chacune de ses deux extrémités.
Exercice 2 : Longueur d’une chaîne
On parcourt A, C, D, B, A.
- Quelle est la longueur de cette chaîne ?
- Est-ce un cycle ?
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- Elle utilise quatre arêtes, donc sa longueur vaut 4.
- Oui si les quatre arêtes existent : le parcours est fermé et ne répète pas d'arête.
Exercice 3 : Construire une matrice
Dans l'ordre A, B, C, les arêtes sont AB, AC et BC, sans boucle.
- Écrire la matrice d'adjacence.
- Justifier sa symétrie.
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- .
- Le graphe est non orienté : chaque arête ij fournit aussi l'entrée ji.
Exercice 4 : Graphe orienté
Les arcs sont A vers B, A vers C, C vers A et C vers B.
- Écrire la matrice dans l'ordre A, B, C.
- Donner les degrés sortants.
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- .
- Ils valent respectivement 2, 0 et 2.
Calculer avec la matrice
Interpréter chaque coefficient.
Exercice 5 : Chemins de longueur deux
On reprend le triangle complet sans boucle.
- Calculer .
- Interpréter le coefficient diagonal 2.
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- .
- Depuis chaque sommet, deux chemins de longueur 2 reviennent au départ.
Exercice 6 : Produit non commutatif
Soient et .
- Calculer AB.
- Calculer BA et comparer.
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- .
- , donc .
Exercice 7 : Puissance d’une matrice triangulaire
On pose .
- Conjecturer .
- Démontrer la formule par récurrence.
- Vérifier pour n = 5.
Indication
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- Les premiers calculs suggèrent .
- Le produit par M transforme n en n + 1 dans le coefficient supérieur droit, les autres coefficients restant inchangés.
- .
Exercice 8 : Réseau de correspondances
Une matrice d'adjacence A modélise des trajets directs entre quatre stations.
- Que compte ?
- Comment compter les trajets de longueur au plus 3 ?
- Pourquoi ajouter I ?
Indication
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- Le nombre de trajets de longueur 3 allant de la station 2 à la station 4.
- On lit le coefficient correspondant dans .
- I compte le trajet de longueur 0, utile lorsque départ et arrivée coïncident.
Décider à partir des degrés
Relier une propriété globale à la parité des sommets.
Exercice 9 : Chaîne eulérienne ou cycle eulérien
Un graphe connexe possède quatre sommets de degrés 3, 3, 2 et 2.
- Compter les sommets de degré impair.
- Décider si une chaîne eulérienne existe.
- Un cycle eulérien existe-t-il ?
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- Il y en a exactement deux, ceux de degré 3.
- Oui : un graphe connexe ayant exactement deux sommets de degré impair admet une chaîne eulérienne ouverte entre ces deux sommets.
- Non, car un cycle eulérien exigerait que tous les degrés soient pairs.