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第3問

p≥5p\ge5 を素数とする。同一な pp 個の駒を p×pp\times p の盤に、全てが同じ行にはならないように置く方法の数を rr とする(同じ列には全て置いてよい)。rr が p5p^5 で割り切れることを証明せよ。
ステップ 2/5: 係数多項式を導入する
f(x)=∏i=1p−1(x−i)=xp−1+sp−2xp−2+⋯+s1x+s0f(x)=\prod_{i=1}^{p-1}(x-i)=x^{p-1}+s_{p-2}x^{p-2}+\cdots+s_1x+s_0
詳しい解説

f(x)=∏i=1p−1(x−i)=xp−1+sp−2xp−2+⋯+s1x+s0f(x)=\prod_{i=1}^{p-1}(x-i)=x^{p-1}+s_{p-2}x^{p-2}+\cdots+s_1x+s_0 とおく。フェルマーの定理より xp−1−1≡f(x)(modp)x^{p-1}-1\equiv f(x)\pmod p。係数比較から 1≤i≤p−21\le i\le p-2 で p∣sip\mid s_i、また s0≡−1(modp)s_0\equiv-1\pmod p を得る。