Top Coefficients of the Denumerant

Abstract

International audience For a given sequence $\alpha = [\alpha_1,\alpha_2,\ldots , \alpha_N, \alpha_{N+1}]$ of $N+1$ positive integers, we consider the combinatorial function $E(\alpha)(t)$ that counts the nonnegative integer solutions of the equation $\alpha_1x_1+\alpha_2 x_2+ \ldots+ \alpha_Nx_N+ \alpha_{N+1}x_{N+1}=t$, where the right-hand side $t$ is a varying nonnegative integer. It is well-known that $E(\alpha)(t)$ is a quasipolynomial function of $t$ of degree $N$. In combinatorial number theory this function is known as the $\textit{denumerant}$. Our main result is a new algorithm that, for every fixed number $k$, computes in polynomial time the highest $k+1$ coefficients of the quasi-polynomial $E(\alpha)(t)$ as step polynomials of $t$. Our algorithm is a consequence of a nice poset structure on the poles of the associated rational generating function for $E(\alpha)(t)$ and the geometric reinterpretation of some rational generating functions in terms of lattice points in polyhedral cones. Experiments using a $\texttt{MAPLE}$ implementation will be posted separately. Considérons une liste $\alpha = [\alpha_1,\alpha_2,\ldots , \alpha_N, \alpha_{N+1}]$ de $N+1$ entiers positifs. Le dénumérant $E(\alpha)(t)$ est lafonction qui compte le nombre de solutions en entiers positifs ou nuls de l’équation $\sum^{N+1}_{i=1}x_i\alpha_i=t$, où $t$ varie dans les entiers positifs ou nuls. Il est bien connu que cette fonction est une fonction quasi-polynomiale de $t$, de degré $N$. Nous donnons un nouvel algorithme qui calcule, pour chaque entier fixé $k$ (mais $N$ n’est pas fixé, les $k+1$ plus hauts coefficients du quasi-polynôme $E(\alpha)(t)$ en termes de fonctions en dents de scie. Notre algorithme utilise la structure d’ensemble partiellement ordonné des pôles de la fonction génératrice de $E(\alpha)(t)$. Les $k+1$ plus hauts coefficients se calculent à l’aide de fonctions génératrices de points entiers dans des cônes polyèdraux de dimension inférieure ou égale à $k$.