kummer定理

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没有校验过, 可能有锅qwq


Kummer定理
(n、m)为正整数,(p)为素数,则(C_{n+m}^m)(p)的幂次数等于(m+n)在p进制下的进位次数(在加法过程中)。


前置芝士:
(n!)含有的(p)的幂次数为:

[sum_1^{infty} Big[ frac{n}{p^i} Big] ]

(这个随便画画就可以证明了)


证:
(C_{n+m}^m)(p)的幂次数为:

[sum_1^{infty} Big[ frac{m+n}{p^i} Big] - sum_1^{infty} Big[ frac{n}{p^i} Big] - sum_1^{infty} Big[ frac{m}{p^i} Big] ]

[=sum_1^{infty} ( Big[ frac{m+n}{p^i} Big] - Big[ frac{n}{p^i} Big] - Big[ frac{m}{p^i} Big] ) ]

接下来只要算出(m+n)在p进制下的进位次数(在加法过程中)就好。
(m+n、n、m)分别写成(p)进制(下标为0的是最低位):

[overline{c_0c_1c_2 cdots c_{unknown}} 、overline{n_0n_1n_2 cdots n_{unknown}} 、overline{m_0m_1m_2 cdots m_{unknown}} ]

在加法过程中, 定义第(pos)位发生进位这个事件发生的条件为

[n_{pos}+m_{pos} geq p ]

若第(pos)位发生了进位, 则

[overline{n_{pos+1} cdots n_{unknown}} +overline{m_{pos+1} cdots m_{unknown}} < overline{c_{pos+1} cdots c_{unknown}} ]

当然, 由于进位最多进一((lfloor frac{(p-1)+(p-1)}{p} floor = 1)), 故当第(pos)位发生进位时

[overline{c_{pos+1} cdots c_{unknown}} - overline{n_{pos+1} cdots n_{unknown}} - overline{m_{pos+1} cdots m_{unknown}} = 1 ]

反之

[overline{n_{pos+1} cdots n_{unknown}} +overline{m_{pos+1} cdots m_{unknown}} = overline{c_{pos+1} cdots c_{unknown}} ]

[overline{c_{pos+1} cdots c_{unknown}} - overline{n_{pos+1} cdots n_{unknown}} - overline{m_{pos+1} cdots m_{unknown}} = 0 ]

然后在(p)进制下(m+n)过程中的进位次数用数学式子表示就是这个
((overline{x_{pos+1} cdots x_{unknown}}) = (x/p^{pos+1}))

[sum_1^{infty} ( Big[ frac{m+n}{p^i} Big] - Big[ frac{n}{p^i} Big] - Big[ frac{m}{p^i} Big] ) ]

然后就证毕了。

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