Об алгебре и арифметике биномиальных и гауссовых коэффициентов
У. М. Пачев Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова
Аннотация:
В работе рассматриваются вопросы, касающиеся алгебраических и арифметических свойств таких комбинаторных чисел как биномиальные, полиномиальные и гауссовы коэффициенты.
Для центральных биномиальных коэффициентов
$\binom{2p}{p}$ и
$\binom{2p-1}{p-1}$ установлено новое свойство сравнимости по модулю
$p^3\cdot\left(2p-1\right)$, не равному степени простого числа, где
$p$ и
$(2p-1)$ — простые числа, при этом используется теорема Волстенхолма о том, что при
$p \geqslant 5$ эти коэффициенты соответственно сравнимы с числами 2 и 1 по модулю
$p^3$.
В части, относящейся к гауссовым коэффициентам
$\binom{n}{k}_q$ исследованы алгебраические и арифметические свойства этих чисел. Пользуясь алгебраической интерпретацией гауссовых коэффициентов, установлено, что число
$k$-мерных подпространств
$n$-мерного векторного пространства над конечным полем из q элементов равно числу
$(n-k)$-мерных его подпространств, при этом число
$q$ от которого зависит гауссовый коэффициент должно быть степенью простого числа, являющегося характеристикой этого конечного поля.
Получены оценки снизу и сверху для суммы
$\sum_{k=0}^{n} \binom{n}{k}_q$ всех гауссовых коэффициентов, достаточно близкие к ее точному значению (формула для точного значения такой суммы пока ещё не установлена), а также асимптотическая формула при
$q \to \infty$. В виду отсутствия удобной производящей функции для гауссовых коэффициентов мы пользуемся исходным определением гауссового коэффициента
$\binom{n}{k}_q$, при этом считаем, что
$q>1$.
При исследовании арифметических свойств делимости и сравнимости гауссовых коэффициентов используется понятие первообразного корня по данному модулю. Получены условия делимости гауссовых коэффициентов
$\binom{p}{k}_q$ и
$\binom{p^2}{k}_q$ на простое число
$p$, а также вычислена сумма всех этих коэффициентов по модулю простого числа
$p$.
В заключительной части приводятся некоторые нерешенные задачи теории чисел, связанные с биномиальными и гауссовыми коэффициентами, которые могут представлять интерес для дальнейших исследований.
Ключевые слова:
центральные биномиальные коэффициенты, теорема Волстенхолма, гауссовый коэффициент, сумма гауссовых коэффициентов, делимость на простое число, сравнение по данному модулю, первообразный корень по данному модулю.
УДК:
511.17+
519.114 Поступила в редакцию: 30.07.2018
Принята в печать: 15.10.2018
DOI:
10.22405/2226-8383-2018-19-3-257-269