¿Es [math] \ binom {1000} {500} [/ math] divisible por 7?

Bien, antes de abordar la pregunta, hagamos algunos preliminares. Primero, ¡descubramos el máximo exponente de 7 en 500! , ahora esto no es más que [500/7] + [500/49] + [500/343] donde [] es el mayor entero menor que la función. La lógica detrás de esto es que primero descubrimos todos los múltiplos de 7, luego para números como 49,98,147 … que contienen un doble exponente de 7, encontramos los múltiplos de 49 y los sumamos a nuestra cuenta, y así hasta nuestro poder de 7 se hace mayor que el numerador. Encontramos después del cálculo que 500! Está completamente dividido por 7 ^ 82. Del mismo modo 1000! Está completamente dividido por 7 ^ 164.

Ahora llegando a la suma. 1000C500 es 1000! / (500! * 500!)

Que es (1000 * 999 * 998 … * 501) / (500!)

El denominador contiene 7 ^ 82. Si bien el numerador contiene 7 ^ (164–82), ¡esto se debe a los otros 500! ¡En el denominador se alejan 82 exponentes de 7, de los 164 exponentes originales de 7 en 1000 !. Como el numerador y el denominador contienen 7 ^ 82, y esa es la potencia máxima de 7 en ambos, se cancelan. Resultando en un número que no tiene ningún múltiplo de 7 en el numerador. Por lo tanto, al dividir esto más entre 7 siempre obtenemos un resto distinto de cero.

Por supuesto, wolfram alpha puede proporcionarle la factorización principal de [math] \ binom {1000} {500} [/ math] directamente: Motor de conocimiento computacional

Sin embargo, vale la pena conocer el cálculo general que muestra la mayor potencia de un primo [matemático] p [/ matemático] que divide n! es dado por

[matemáticas] \ left \ lfloor \ frac {n} {p} \ right \ rfloor + \ left \ lfloor \ frac {n} {p ^ 2} \ right \ rfloor + \ left \ lfloor \ frac {n} {p ^ 3} \ right \ rfloor + \ cdots [/ math]

Lo que muestra, por extensión, que la mayor potencia de un primo [matemático] p [/ matemático] que divide [matemático] \ binom {2n} {n} [/ matemático] es

[matemáticas] \ left (\ left \ lfloor \ frac {2n} {p} \ right \ rfloor – 2 \ left \ lfloor \ frac {n} {p} \ right \ rfloor \ right) + \ left (\ left \ lfloor \ frac {2n} {p ^ 2} \ right \ rfloor – 2 \ left \ lfloor \ frac {n} {p ^ 2} \ right \ rfloor \ right) + \ left (\ left \ lfloor \ frac {2n } {p ^ 3} \ right \ rfloor – 2 \ left \ lfloor \ frac {n} {p ^ 3} \ right \ rfloor \ right) + \ cdots [/ math]

En este caso particular, es [matemáticas] \ left (\ left \ lfloor \ frac {1000} {7} \ right \ rfloor – 2 \ left \ lfloor \ frac {500} {7} \ right \ rfloor \ right) + \ left (\ left \ lfloor \ frac {1000} {49} \ right \ rfloor – 2 \ left \ lfloor \ frac {500} {49} \ right \ rfloor \ right) + \ left (\ left \ lfloor \ frac {1000} {343} \ right \ rfloor – 2 \ left \ lfloor \ frac {500} {343} \ right \ rfloor \ right) [/ math]

(todos los términos posteriores son 0)

esto es [matemática] (142 – 2 \ cdot 71) + (20 – 2 \ cdot 10) + (2 – 2 \ cdot 1) = 0 [/ matemática]

Eso es suficiente para responder a su pregunta, pero si vuelve al enlace alfa de Wolfram, puede notar que todos los poderes primarios que dividen [matemáticas] \ binom {1000} {500} [/ matemáticas] son ​​bastante pequeños, los únicos números primos llevado a una potencia mayor que 1 son [matemáticas] 2 ^ 6 = 64 [/ matemáticas], [matemáticas] 3 ^ 4 = 81 [/ matemáticas] y [matemáticas] 23 ^ 2 = 529. [/ matemáticas]

De hecho, puede mostrar, mediante el método general de cálculo descrito anteriormente, que si [math] p ^ k [/ math] es la mayor potencia de un primo [math] p [/ math] que divide [math] \ binom {2n } {n} [/ matemáticas], luego [matemáticas] p ^ k \ leq 2n. [/ matemáticas] Esta idea inteligente está detrás de la prueba elemental de Erdős del postulado de Bertand, ver https://www3.nd.edu/~dgalvin1/ pd …

Puedes usar el teorema de lucas para responder esta pregunta, dice que:

[matemática] {n} \ elegir {k} [/ matemática] es divisible por P principal si y solo si: en la representación P base de [matemática] n [/ matemática] y [matemática] k [/ matemática] al menos un dígito de [matemática] k [/ matemática] es mayor que el dígito correspondiente en [matemática] n [/ matemática].

1000 en base 7 es 2626, 500 en base 7 es 1313, aplica el teorema y listo.

No es divisible por 7.

Para la prueba puedes consultar wikioedia:

Teorema de Lucas – Wikipedia

[matemáticas] \ displaystyle \ binom {1000} {500} = \ dfrac {501.502 … 1000} {1.2 … 500} [/ matemáticas]

En el rango [matemáticas] [1,500] [/ matemáticas], hay [matemáticas] 71 [/ matemáticas] múltiplos de [matemáticas] 7 [/ matemáticas], [matemáticas] 10 [/ matemáticas] múltiplos de [matemáticas] 7 ^ 2 [/ math] y un múltiplo de [math] 7 ^ 3 [/ math].

En el rango [matemáticas] [501,1000] [/ matemáticas], hay de nuevo, [matemáticas] 71 [/ matemáticas] múltiplos de [matemáticas] 7 [/ matemáticas], [matemáticas] 10 [/ matemáticas] múltiplos de [ matemáticas] 7 ^ 2 [/ matemáticas] y [matemáticas] 1 [/ matemáticas] múltiplo de [matemáticas] 7 ^ 3 [/ matemáticas].

Entonces, temo que tu libro sea correcto.

Para el número entero n, y el número primo p, el número de veces [matemáticas] n! [/ math] es divisible por ser denotado por [math] P (n, m) [/ math]

Matemáticamente,
[matemáticas] P (n, m) = \ displaystyle \ sum_ {k = 1} ^ {\ infty} \ left \ lfloor \ dfrac {n} {p ^ {k}} \ right \ rfloor ^ {[1]} [/matemáticas]

[matemáticas] \ por lo tanto P (1000,7) = \ displaystyle \ sum_ {k = 1} ^ {\ infty} \ left \ lfloor \ dfrac {1000} {7 ^ {k}} \ right \ rfloor = 164 [/ matemáticas]

[matemáticas] P (500,7) = \ displaystyle \ sum_ {k = 1} ^ {\ infty} \ left \ lfloor \ dfrac {500} {7 ^ {k}} \ right \ rfloor = 82 [/ math]

El número de veces que [math] \ dbinom {1000} {500} = \ dfrac {1000!} {500! ^ {2}} [/ math] es divisible por 7 es igual a [math] 162 – 2 \ cdot 82 = 0 [/ matemáticas]

Sí, tu libro es correcto.

[matemáticas] [1] [/ matemáticas] La derivación de esta fórmula se basa en que un factor de número primo en [matemáticas] n! [/ math] solo es proporcionado por un múltiplo del número primo y el número de enteros que son múltiplos de [math] p, p ^ {2}, p ^ {3} \ ldots [/ math] menos que [math ] n [/ matemáticas] son ​​[matemáticas] \ left \ lfloor \ dfrac {n} {p} \ right \ rfloor, \ left \ lfloor \ dfrac {n} {p ^ {2}} \ right \ rfloor, \ left \ lfloor \ dfrac {n} {p ^ {3}} \ right \ rfloor \ ldots [/ math] respectivamente.

[matemáticas] \ begin {pmatrix} 1000 \\ 500 \ end {pmatrix} = _ {1000} C_ {500} [/ math]

Sabemos

[matemáticas] _nC_r = \ dfrac {n!} {r! (nr)!} [/ matemáticas]

Entonces,

[matemáticas] _ {1000} C_ {500} = \ dfrac {1000!} {500! \ times 500!} = \ dfrac {(1000 \ times 999 \ times \ cdots \ times 501) \ times 500!} {500 ! \ multiplicado por 500!} [/ math]

[math] = \ dfrac {\ color {red} {1000} \ times 999 \ times \ color {blue} {998} \ times \ cdots \ times 501} {\ color {red} {500} \ times \ color { azul} {499} \ times \ cdots \ times 1} [/ math]

Ahora, solo puedo seguir el mismo método provisto por Anirban Ghoshal.

En [matemáticas] [1,1000] [/ matemáticas], hay [matemáticas] 142 [/ matemáticas] múltiplos de [matemáticas] 7 [/ matemáticas]

En [matemáticas] [1,500] [/ matemáticas], hay [matemáticas] 71 [/ matemáticas] múltiplos de [matemáticas] 7 [/ matemáticas]

Por simetría, en [matemáticas] [501, 1000] [/ matemáticas] hay [matemáticas] 71 [/ matemáticas] múltiplos de [matemáticas] 7 [/ matemáticas].

Dado que tienen el mismo número de múltiplos de [math] 7 [/ math], el número que obtenemos de la combinación NO debe ser un múltiplo de [math] 7 [/ math] [math]. [/ Math]

[matemáticas] \ binom {1000} {500} \ mod7 [/ matemáticas]

[matemáticas] = \ frac {1000!} {500! (1000-500)!} \ mod7 [/ matemáticas]

[matemáticas] = \ frac {1000!} {500! 500!} \ mod7 [/ matemáticas]

Usando una calculadora

[Matemática] = 270288240945436569515614693625975275496152008446548287007392875106625428705522193898612483924502370165362606085021546104802209750050679917549894219699518475423665484263751733356162464079737887344364574161119497604571044985756287880514600994219426752366915856603136862602484428109296905863799821216320 \ mod7 [/ matemáticas]

Usando una calculadora nuevamente

[matemáticas] = 4 [/ matemáticas]

Si fuera divisible por [matemática] 7 [/ matemática] esperaríamos que [matemática] \ binom {1000} {500} \ mod7 [/ matemática] sea [matemática] 0 [/ matemática] no [matemática] 4 [/ matemáticas]. Por lo tanto, no es divisible por [matemáticas] 7 [/ matemáticas].

Python dice que no es divisible y el resto es 4.

del factorial de importación matemática como hecho
print int (hecho (1000) / (hecho (500)) ** 2% 7)
4 4