Par commodité, nous allons systématiquement remplacer a_n par f(n).
Nous allons prouver par récurrence que la suite est ainsi définie :
Notre hypothèse de récurrence forte sera (pour tout k<=n) :
- On vérifie aisément que ça marche pour n=0
- Supposons que c'est vrai au rang n. Au rang n+1 :
Prouvons que f(4n+6)=f(4n+5)+2 en montrant que f(4n+6)=f(4n+5)+1 est incorrect et que f(4n+6)=f(4n+5)+2 ne mène pas vers une contradiction.
* Supposons que f(4n+6)=f(4n+5)+1.
Alors : f(4n+6)+f(1)=f(4n+5)+2=1+2=3 (mod 9)
Donc : f(4n+6)+f(1)=9t+3=3(3t+1), et puisque 3t+1<=f(4n+5), alors 3t+1=f(u) pour un certain u inférieur à 4n+6, d'où : f(4n+6)+f(1)=3f(u), et donc la contradiction.
* Supposons que f(4n+6)=f(4n+5)+2.
Alors : f(4n+6)=1+2=3 (mod 9)
Supposons qu'il existe i et j (<=4n+6) tels que : f(4n+6)+f(i)=3f(j).
Alors : f(i)=3(f(k)-1) (mod 9), ce qui n'est jamais possible quand f(i) et f(j) = 1 ou 3 ou 4 ou 7 (mod 9)
Ainsi, on ne peut jamais avoir de contradiction et donc on a bien : f(4n+6)=f(4n+5)+2
Prouvons que f(4n+7)=f(4n+6)+1.
Supposons donc que : f(4n+7)=f(4n+6)+1.
Alors : f(4n+7)=3+1=4 (mod 9)
Supposons qu'il existe i et j (<=4n+7) tels que : f(4n+7)+f(i)=3f(j).
Alors f(i)=3f(j)+5 (mod 9), ce qui n'est jamais possible quand f(i) et f(j) = 1 ou 3 ou 4 ou 7 (mod 9)
Ainsi, on ne peut jamais avoir de contradiction et donc on a bien : f(4n+7)=f(4n+6)+1
Prouvons que f(4n+8 )=f(4n+7)+3
* Supposons que f(4n+8 )=f(4n+7)+1.
Alors : f(4n+8 )=4+1=5 (mod 9)
f(4n+8 )+f(4)=f(4n+7)+1+7=4+8 (mod 9) = 3 (mod 9).
Donc : f(4n+8 )+f(4)=3+9t=3(3t+1)=3f(u), d'où la contradiction.
* Supposons que f(4n+8 )=f(4n+7)+2
Alors : f(4n+8 )=4+2=6 (mod 9)
f(4n+8 )+f(4n+8 )=2(f(4n+7)+2)=2(4+2)=3 (mod 9)
Donc : f(4n+8 )+f(4n+8 )=3(3t+1), et puisque 3t+1=1 (mod 9), alors 3t+1=f(u), d'où : f(4n+8 )+f(4n+8 )=3f(u) et donc la contradiction.
* Supposons que f(4n+8 )=f(4n+7)+3
Alors : f(4n+8 )=f(4n+7)+3=4+3 (mod 9) = 7 (mod 9)
Supposons qu'il existe i et j (<=4n+8 ) tels que : f(4n+8 )+f(i)=3f(j).
f(i)=3f(j)+2 (mod 9), ce qui n'est jamais possible quand f(i) et f(j) = 1 ou 3 ou 4 ou 7 (mod 9)
Ainsi, on ne peut jamais avoir de contradiction et donc on a bien : f(4n+8 )=f(4n+7)+3
Prouvons que f(4n+9)=f(4n+8 )+3
* Supposons que f(4n+9)=f(4n+8 )+1.
Alors : f(4n+9)=7+1=8 (mod 9)
f(4n+9)+f(4)=f(4n+8 )+1+7=4+8 (mod 9) = 3 (mod 9).
Donc : f(4n+9)+f(4)=3+9t=3(3t+1)=3f(u), d'où la contradiction.
* Supposons que f(4n+9)=f(4n+8 )+2
Alors : f(4n+9)=7+2=0 (mod 9)
f(4n+9)+f(2)=f(4n+8 )+2+3=7+5 (mod 9) = 3 (mod 9)
Donc : f(4n+9)+f(2)=3(3t+1)=3f(u), et donc la contradiction.
* Supposons que f(4n+9)=f(4n+8 )+3
Alors : f(4n+9)=f(4n+8 )+3=7+3 (mod 9) = 1 (mod 9)
Supposons qu'il existe i et j (<=4n+9) tels que : f(4n+9)+f(i)=3f(j).
f(i)=3f(j)-1 (mod 9), ce qui n'est jamais possible quand f(i) et f(j) = 1 ou 3 ou 4 ou 7 (mod 9)
Ainsi, on ne peut jamais avoir de contradiction et donc on a bien : f(4n+8 )=f(4n+7)+3
On vérifie maintenant aisément que la dernière condition dans l'hypothèse de récurrence est aussi vraie au rang n+1 (on a des nombres congrus à 1 et à 4 et à 7 modulo 9 et qui sont consécutifs)
Fin de la récurrence.
On peut maintenant calculer aisément f(2011).