Le groupe du Pocket

21 Mai 2013

Structure mathématique du Pocket Soit G l'ensemble des états produits par des formules de :
M = < H,B,A,P,G,D >, munie la loi '.' forme un groupe : Le groupe du Pocket.

L'étendu G+ du Pocket

Le Pocket est un Rubik's Cube sans arêtes ni centres !! donc l'étude sera comme le Rubik's Cube mais beaucoup plus simble.

Imaginons qu'on a supprmé le core, les sommets peut se pivoter sans contraites,... par ex on peut pivoter un seul sommet à 120° !!!
Un sommet se balade par tout on a donc affaire à S8 ensuite un sommet a 3 orientations on a donc affaire à Z38 finalement on est en face d'un truc comme ça:
G+ = S8 x Z38 , c'est l'ensemble de tous les états du Pocket y compris le démontage/remontage du puzzle, ce qu'on appelle l'étendu du Pocket (Pocket sans core)

La loi '.' de (G+,.)

On voudrait définir une loi de composition '.' sur G+ afin que (G+,.) fasse un groupe.
Soient (v,y) et (v',y') deux éléments de G+
(v,y)(v',y') = (w,z)
Comment trouver w et z ?
Pour w on voit facilement que w = vv' , car si on déplace les pièces par v puis par v' , on déplace les pièces bien par vv'.
Pour trouver z c'est plus compliqué ... ça se fait en plusieurs étapes . Allons-y mais d'abord on doit préciser les rotations de base et fixer le twist :

Rotations de base : {H,B,A,P,G,D}
Fixer le twist : H(aut)=b(lanc), B(as)=j(aune), A(vant)=v(vert), P(ostérieur)=k(lein), G(auche)=o(range), D(roite)=r(rouge)

1. Marquage des facettes

Imaginez d'une part, que le Pocket possède des "emplacements" à 3 facettes marquées comme indique la fig1 ci-dessous

fig1: tab de marquages

2. Couleur dominante

Et d'autre part, les sommets (numérotées) ayant 3 couleurs (comme indique la fig2) dont l'une est dominante.
Les couleurs dominantes : blanc > jaune > vert > klein > orange > rouge (les couleurs dont le marquage est zéro 0)

sommets numérotés fig2

Voici les 8 sommets avec leur couleur dominante en première + sens horaire :
y1=(brv), y2=(bvo), y3=(bok), y4=(bkr),
y5=(jvr), y6=(jov), y7=(jko), y8=(jrk)

Couleur dominante "*"

3. Orientation des sommets


Les sommets yi se baladent pour se placer dans les emplacements, à chaque fois que la couleur dominante se trouve sur une facette marquée 1 son orientation vaut 1 (1 twist) , sur -1 son orientation vaut -1 (-1 twist) , sur 0 son orientation vaut zéro (0 twist, 0=bien orienté). Par exemple, le sommet y6=(jov) se place en (HDA) avec jaune = A alors y6 vaut -1 (-1 twist) car la couleur dominante jaune est sur la facette -1, de même pour le sommet (brv)=y1 dans (HAG) avec blanc = A alors y1=1 (1 twist) car la couleur dominante blanc se trouve sur 1 .

blanc, jaune = couleurs dominantes

4. Loi de composition

On note : e.A = (q,b)
Pour dire que la rotation de base A engendre l'état-sommet (q,b) où q=permutation et b=orientation,
pour trouver q et b, on utilise la table des numérotations et la table des marquages.

tab des numérotations tab des marquages

On voit que pour la rotation A, q vaut : q = 1->5->6->2 = (1,5,6,2)
Pour trouver l'orientation b , on utilise la table de marquage


et on voit que b = (-1,1,0,0,1,-1,0,0)
finalement on a:
e.A = (q,b) avec
q = (1,5,6,2)
b = (-1,1,0,0,1,-1,0,0)
Ainsi on peut trouver les étas associés pour les autres rotations H,B,P,G,D.

D'après le marquage on a:
(HDA)=(y1,1+y1,-1+y1), (HAG)=(y2,1+y2,-1+y2) ,
(BAD)=(y5,1+y5,-1+y5), (BGA)=(y6,1+y6,-1+y6) .
Les yi sont placés sur la couleur dominante

Orientation des sommets


y'1 = -1+y5
y'2 = 1+y1
y'3 = y3
y'4 = y4
y'5 = 1+y6
y'6 = -1+y2
y'7 = y7
y'8 = y8


Or pour la rotation A on a:
Permutation: q = (1,5,6,2)
Orientation: b = (-1,1,0,0,1,-1,0,0)
on en déduit:
y' = b + q(y)

Chaque formule F (état (v',y')) commence par une rotation de base par ex A (état (q,b)) et le reste T (état (v,y)) on a :
F = AT
(v',y') = (q,b)(v,y) = (qv,b+q(y))
ce qui suggère la loi dans (G+, .) est :
(v,y)(v',y') = (vv',y+v(y'))


Loi des twists

Loi des twists: la somme des orientations des sommets est un multiple de 3

∑ yi = 0 (mod 3) ou en abrégé y = 0 (mod 3) avec y = (y1,y2,y3,...,y8)
on dit qu'il y a une conservation des twists .

==> (1) Pour une rotation de base, A par ex et l'état (q,b) associé à A avec
b = (-1,1,0,0,1,-1,0,0) on a bien b=0 (mod 3)
On peut vérifier ainsi que le vecteur d'orientation des autres rotations de base est aussi un multiple de 3.

==> (2) Un mouvement F (état (v',y')) du Pocket se compose une partie "début" T (état (v,y)) et une rotation de base par ex A (état (q,b)) , il est donc de la forme:
F = TX
d'où
(v',y') = (v,y)(q,b)

y' = y +v(b)

On va démontrer la loi des twists par récurrence sur la longueur de la formule

¤ Pour n=1 , les rotations de base ont tous un vecteur d'orientation un multiplie de 3 d'après (1)
¤ Supposons à l'étape n , formule T , état (v,y) avec y=0 (mod 3) ; Hypothèse de Récurrence
¤ Voyons si à l'étape n+1, formule F , état (v',y') la loi vérifie encore. Or d'après (2) on a:
y' = y +v(b)
comme
y = 0 (mod 3) ;HR
et b = 0 (mod 3) ==> v(b) = 0 (mod 3) ,v ne change rien sur le modulo
donc
y' = 0 (mod 3)

la loi des twists est ainsi démontrée.


Le groupe du Pocket

Le groupe G du Pocket est un sous-groupe de G+, ce sont des états produits par les rotations de base {H,B,A,P,G,D}.
càd le Pocket avec le core, les pivotements de pièces ont des contraintes (par le core) par ex on ne peut pas pivoter un seul sommet à 120° !!

Résumé
G+ = S8 x Z38 c'est l'ensemble de tous les états (standards + étendus) du Pocket.
Le G+ se nomme l'ensemble des états étendus
G+ muni la loi suivante, qui lui forme un groupe, le groupe étendu du puzzle
(v,y)(v',y') = ( vv', y + v(y') )
Le groupe du Pocket est par définition:
G = {(v,y)∈G+ / y = 0 (mod 3) }

On dit aussi que G+ est l'étendu de G

|G| = |S8| x |Z37|
|G| = 8! 38/3 = 88 179 840

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