Pavage pentagonal

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Les quinze pavages pentagonaux isoédraux possibles.

Un pavage pentagonal est, en géométrie, un pavage du plan euclidien par des pentagones.

Un pavage du plan uniquement avec des pentagones réguliers n'est pas possible, car l'angle interne du pentagone (108°) ne divise pas un tour complet (360°). En revanche, on peut considérer le dodécaèdre régulier comme un pavage de la sphère par des pentagones réguliers.

On connait quinze types de pavages pentagonaux, c'est-à-dire employant un même type de tuile pentagonale convexe. Michaël Rao annonce en 2017 que la liste est complète[1], sa preuve est en cours de vérification.

Histoire[modifier | modifier le code]

Les cinq premiers pavages pentagonaux ont été découverts par le chercheur allemand Karl Reinhardt en 1918[2]. Richard B. Kershner[3] en a ajouté trois en 1968[2], portant le total à huit, et croit pouvoir affirmer qu'il n’en existe pas d'autres[4]. Cette affirmation est reprise dans les articles grand public d'époque[5]. À la suite d'un article de Martin Gardner dans le Scientific American en 1975, Richard E. James, un informaticien, en découvre un neuvième, et Marjorie Rice, mathématicienne amateur découvre quatre nouveaux types en 1976 et 1977, portant le total à treize. En 1985 Rolf Stein, un doctorant allemand[4] en trouve un quatorzième[2].

Le quinzième a été découvert en août 2015 par une équipe de mathématiciens du campus Bothell de l'université de Washington[6] composée de trois mathématiciens : Casey Mann, Jennifer McLoud et David Von Derau[4]. Il s'agit du premier pavage découvert depuis 1985. L'équipe a utilisé un programme sur ordinateur, et découvre ce 15e pavage pentagonal par une recherche exhaustive. Casey Mann a publié un article sur arXiv (5 octobre 2015)[7] pour résumer ces travaux (« pentagones convexes utilisés pour des pavages i-blocs transitifs »). En 2017, Michaël Rao prouve, aidé de l’ordinateur[8], que cette classification est complète[1]. Cette preuve est en cours de vérification par la communauté mathématique.

Les pavages du plan ont fait l'objet de travaux mathématiques à la frontière entre la géométrie euclidienne plane, la théorie des groupes et la topologie.

Variantes de pavage[modifier | modifier le code]

Certaines de ces quinze tuiles pentagonales peuvent être agencées de plusieurs façons différentes pour remplir le plan, par exemple dans le pavage pentagonal irrégulier de Bernhard Klaassen[9],[10] :
Pentagonal tiling with 7-fold rotational symmetry.png
Ou encore le pavage irrégulier intitulé "versa-tile" par M. Hirschhorn, qui n'a pas de symétrie axiale. Les tuiles marquées d'un point sont retournées par rapport aux autres :
Hirschhorn 6-fold-rotational symmetry pentagonal tiling.svg

Notes et références[modifier | modifier le code]

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Pentagon tiling » (voir la liste des auteurs).
  1. a et b Rao 2017.
  2. a b et c Alex Bellos, « Attack on the pentagon results in discovery of new mathematical tile », The Guardian,‎ (lire en ligne).
  3. Richard Kershner, « On paving the plane », American Mathematical Monthly, vol. 75,‎ , p. 839–844 (ISSN 0002-9890, DOI 10.2307/2314332, Math Reviews 0236822, lire en ligne)
  4. a b et c Étienne Ghys, « L'énigme des pentagones », Le Monde, no 21991,‎ , p. 1 du Cahier science & médecine.
  5. Jean-Claude Baillif, « Les pavages du plan », Jeux et Stratégie, no 19,‎ , p. 74-76
  6. Clémence Lecornué, « La découverte d'une "tuile" historique secoue le monde des mathématiques », sur Huffington Post, , traduit de l'article correspondant en anglais.
  7. (en) Casey Mann, Jennifer McLoud-Mann et David Von Derau, « Convex pentagons that admit i-block transitive tilings », sur https://arxiv.org, (consulté le )
  8. (en) Pentagon Tiling Proof Solves Century-Old Math Problem, sur quantamagazine.org
  9. Bernhard Klaassen, « Rotationally symmetric tilings with convex pentagons and hexagons », Elemente der Mathematik, vol. 71, no 4,‎ , p. 137–144 (ISSN 0013-6018, DOI 10.4171/em/310, arXiv 1509.06297)
  10. (en) Auteur inconnu « Rotationally Symmetric Tilings with Convex Pentagons and Hexagons », .

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]