Bijections for lattice paths between two boundaries

Abstract

We prove that on the set of lattice paths with steps $N=(0,1)$ and $E=(1,0)$ that lie between two boundaries $B$ and $T$, the two statistics `number of $E$ steps shared with $B$' and `number of $E$ steps shared with $T$' have a symmetric joint distribution. We give an involution that switches these statistics, preserves additional parameters, and generalizes to paths that contain steps $S=(0,-1)$ at prescribed $x$-coordinates. We also show that a similar equidistribution result for other path statistics follows from the fact that the Tutte polynomial of a matroid is independent of the order of its ground set. Finally, we extend the two theorems to $k$-tuples of paths between two boundaries, and we give some applications to Dyck paths, generalizing a result of Deutsch, and to pattern-avoiding permutations. On montre que, sur l'ensemble des chemins avec des pas $N=(0,1)$ et $E=(1,0)$ qui se trouvent entre deux chemins donnés $B$ et $T$, les deux statistiques"`nombre des pas $E$ en commun avec $B$" et "nombre des pas $E$ en commun avec $T$" ont une distribution conjointe symétrique. On donne une involution qui échange ces deux statistiques, préserve quelques autres paramètres additionnels, et admet une généralisation à des chemins avec des pas $S=(0, -1)$ dans des positions données. On montre aussi un autre résultat d'équidistribution similaire, lié au polynôme de Tutte d'un matroïde. Finalement, on étend les deux théorèmes à $k$-tuples de chemins entre deux frontières, et on donne quelques applications aux chemins de Dyck, en généralisant un résultat de Deutsch, et aux permutations avec des motifs exclus.