二項係数\binom{p}{r}が素数pで割り切れることの証明
$p$が素数で$1\leq r \leq p-1$のとき,二項係数${}_p{\rm C}_r$は$p$で割り切れる。
これは有名な事実で,証明も難しくない。そうではあるが,二項定理を利用するステキな証明を教わったので,メモ。
二項定理から
\[ (1+x)^p = 1+\sum_{r=1}^{p-1}{}_{p}{\rm C}_{r}x^r+x^p \]
微分すると
\[ p(1+x)^{p-1} = \sum_{r=1}^{p-1} r{}_{p}{\rm C}_{r}x^{r-1}+px^{p-1} \]
左辺の係数はすべて$p$の倍数なので,右辺もそう。つまり,$r{}_{p}{\rm C}_{r}$ は$p$の倍数。$r$は$p$と互いに素なので ${}_{p}{\rm C}_{r}$ は$p$の倍数である。
結局のところ,$r{}_{p}{\rm C}_{r}=p{}_{p-1}{\rm C}_{r-1}$ の別証明になっている。
)だけが唯一の楽しみなんだけど、それとて翌日朝一から仕事なので、いつものように遅くまでは無理だし〜 😥 。