Thue sequence and p-adic topology of the free monoid

Jean Berstel, Maxime Crochemore et Jean-Éric Pin



Résumé : Etant donné deux mots u et v, le coefficient binomial Binom(u,v) est le nombre de façons d'écrire v comme sous-mot (au sens de sous-suite) de u. La suite de Thue-Morse est le mot infini t = abbabaab... obtenu en itérant le morphisme g(a) = ab et g(b) = ba. On montre que, pour tout nombre premier p, et pour tout entier positif n, il existe un entier m = f(p,n), tel que, pour tout mot non vide v de longueur inférieure ou égale à n, le coefficient binomial Binom(t[m],v) est congruent à 0 modulo p. En fait f(p,n) = 2np1+ [logp n] pour p ≠ 2 et f(2,n) = 2k si Fk-1 ≤ n < Fk, où Fk designe le k-ième nombre de Fibonacci. Il en résulte que, pour chaque nombre premier p, il existe une suite de facteurs gauches de t de longueur croissante, dont la limite est le mot vide dans la topologie p-adique du monoïde libre.

Abstract : Given two words u and v, the binomial coefficient Binom(u,v) is the number of ways v appears as a subword (or subsequence) of u. The Thue-Morse sequence is the infinite word t = abbabaab... obtained by iteration of the morphism g(a) = ab and g(b) = ba. We show that, for every prime p, and every positive integer n, there exists an integer m = f(p,n), such that, for every non-empty word v of length less than of equal to n, the binomial coefficient Binom(t[m],v) is congruent to 0 modulo p. In fact f(p,n) = 2np1+ [logp n] for p ≠ 2 and f(2,n) = 2k if Fk-1 ≤ n < Fk, where Fk denotes the k-th Fibonacci number. It follows that, for each prime number p, there exists a sequence of left factors of t of increasing length, the limit of which is the empty word in the p-adic topology of the free monoid.

PostScript gzipped file, PDF file


Valid HTML 4.01!