Asymptotic height optimization for topical IFS, Tetris heaps, and the finiteness conjecture

Abstract:

Given an Iterated Function System (IFS) of topical maps verifying some conditions, we prove that the asymptotic height optimization problems are equivalent to finding the extrema of a continuous functional, the average height, on some compact space of measures. We give general results to determine these extrema, and then apply them to two concrete problems. First, we give a new proof of the theorem that the densest heaps of two Tetris pieces are sturmian. Second, we construct an explicit counterexample to the Lagarias-Wang finiteness conjecture for the joint spectral radius of a set of matrices.

Résumé. Etant donné un système itéré de fonctions (IFS) topicales, vérifiant certaines conditions, nous montrons que les questions d’optimisation asymptotique de la hauteur sont équivalentes à la recherche des extrema d’une fonctionnelle continue, la hauteur moyenne, sur un certain espace compact de mesures. Nous présentons des résultats généraux permettant de déterminer ces extrema, puis appliquons ces méthodes à deux problèmes concrets. Premièrement, nous redémontrons que les empilements les plus denses de deux pièces de Tetris sont sturmiens. Deuxièmement, nous construisons un contre-exemple effectif à la conjecture de finitude de Lagarias et Wang sur le rayon spectral joint d’un ensemble de matrices.