The number of $k$-parallelogram polyominoes

Abstract

A convex polyomino is $k$-$\textit{convex}$ if every pair of its cells can be connected by means of a $\textit{monotone path}$, internal to the polyomino, and having at most $k$ changes of direction. The number $k$-convex polyominoes of given semi-perimeter has been determined only for small values of $k$, precisely $k=1,2$. In this paper we consider the problem of enumerating a subclass of $k$-convex polyominoes, precisely the $k$-$\textit{convex parallelogram polyominoes}$ (briefly, $k$-$\textit{parallelogram polyominoes}$). For each $k \geq 1$, we give a recursive decomposition for the class of $k$-parallelogram polyominoes, and then use it to obtain the generating function of the class, which turns out to be a rational function. We are then able to express such a generating function in terms of the $\textit{Fibonacci polynomials}$. Un polyomino convexe est dit $k$-$\textit{convexe}$ lorsqu’on peut relier tout couple de cellules par un chemin monotone ayant au plus $k$ changements de direction. Le nombre de polyominos $k$-convexes n’est connu que pour les petites valeurs de $k = 1,2$. Dans cet article, nous énumérons la sous-classe des polyominos $k$-convexes qui sont également parallélogramme, que nous appelons $k$-$\textit{parallélogrammes}$. Nous donnons une décomposition récursive de la classe des polyominos $k$-parallélogrammes pour chaque $k$, et en déduisons la fonction génératrice, rationnelle, selon le demi-périmètre. Nous donnons enfin une expression de cette fonction génératrice en termes des $\textit{polynômes de Fibonacci}$.