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第3题

设 p≥5p\ge5 为素数。令 rr 为在 p×pp\times p 棋盘上放置 pp 个相同棋子的方式数,要求棋子不全在同一行(但可以全在同一列)。证明 rr 被 p5p^5 整除。
第 3/5 步:在 p 处计算多项式
f(p)=(p−1)!=sp−2pp−2+⋯+s1p+s0f(p)=(p-1)!=s_{p-2}p^{p-2}+\cdots+s_1p+s_0
详细分析

由于 s0=(p−1)!s_0=(p-1)! 是精确等式,在 x=px=p 处代入并约去 s0s_0 得 pp−1+sp−2pp−2+⋯+s2p2=−s1pp^{p-1}+s_{p-2}p^{p-2}+\cdots+s_2p^2=-s_1p。因 p≥5p\ge5 且 i≥1i\ge1 时 p∣sip\mid s_i,等式两边除以 pp 后左边除 −s1-s_1 外各项都被 p2p^2 整除,故 p2∣s1p^2\mid s_1。