The sandpile model on a bipartite graph, parallelogram polyominoes, and a q,t-Narayana polynomial
Mark Dukes, Yvan Le Borgne
Abstract
We give a polyomino characterisation of recurrent configurations of
the sandpile model on the complete bipartite graph Km,n in which one
designated vertex is the sink. We present a bijection from these
recurrent configurations to decorated parallelogram polyominoes whose
bounding box is a m×n rectangle. Other
combinatorial structures appear in special cases of this
correspondence: for example bicomposition matrices (a matrix analogue
of set partitions), and (2+2)-free posets. A canonical toppling
process for recurrent configurations gives rise to a path within the
associated parallelogram polyominoes. We define a collection of
polynomials that we call q,t-Narayana
polynomials, the generating functions of the bistatistic (area, bounceWeight) on the set of
parallelogram polyominoes, akin to Haglund's (area, hbounce) bistatistic on Dyck paths. In
doing so, we have extended a bistatistic of Egge et al. to the set of
parallelogram polyominoes. This is one answer to their question
concerning extensions to other combinatorial objects. We conjecture
the q,t-Narayana polynomials to be symmetric
and discuss the proofs for numerous special cases. We also show a
relationship between the q,t-Catalan
polynomials and our bistatistic (area, bounceWeight) on a subset of
parallelogram polyominoes.
Résumé. Pour le modèle du tas de sable sur un graphe Km,n biparti complet, on donne une description des configurations récurrentes à l'aide d'une bijection avec des polyominos parallélogrammes décorés de rectangle englobant m×n. D'autres classes combinatoires apparaissent comme des cas particuliers de cette construction: par exemple les matrices de bicomposition et les ordres partiels évitant le motif (2+2). Un processus d'éboulement canonique des configurations récurrentes se traduit par un chemin bondissant dans le polyomino parallélogramme associé. Nous définissons une famille de polynômes, baptisée de q,t-Narayana, à travers la distribution d'une paire de statistique (aire,poidscheminbondissant) sur les polyominos parallélogrammes similaire à celle de Haglund définissant les polynômes de q,t-Catalan sur les chemins de Dyck. Ainsi nous étendons une paire de statistique de Egge et d'autres à l'ensemble des polynominos parallélogrammes. Cela réponds à l'une de leur question sur des généralistations à d'autres objets combinatoires. Nous conjecturons que les polynômes de q,t-Narayana sont symétriques et discutons des preuves de plusieurs cas particuliers. Nous montrons également une relation avec les polynômes de q,t-Catalan en restreignant notre paire de statistique à un sous-ensemble des polyominos parallélogrammes.
Résumé. Pour le modèle du tas de sable sur un graphe Km,n biparti complet, on donne une description des configurations récurrentes à l'aide d'une bijection avec des polyominos parallélogrammes décorés de rectangle englobant m×n. D'autres classes combinatoires apparaissent comme des cas particuliers de cette construction: par exemple les matrices de bicomposition et les ordres partiels évitant le motif (2+2). Un processus d'éboulement canonique des configurations récurrentes se traduit par un chemin bondissant dans le polyomino parallélogramme associé. Nous définissons une famille de polynômes, baptisée de q,t-Narayana, à travers la distribution d'une paire de statistique (aire,poidscheminbondissant) sur les polyominos parallélogrammes similaire à celle de Haglund définissant les polynômes de q,t-Catalan sur les chemins de Dyck. Ainsi nous étendons une paire de statistique de Egge et d'autres à l'ensemble des polynominos parallélogrammes. Cela réponds à l'une de leur question sur des généralistations à d'autres objets combinatoires. Nous conjecturons que les polynômes de q,t-Narayana sont symétriques et discutons des preuves de plusieurs cas particuliers. Nous montrons également une relation avec les polynômes de q,t-Catalan en restreignant notre paire de statistique à un sous-ensemble des polyominos parallélogrammes.
Full Text: PostScript PDF