Tổng luỹ thừa và định lý Wolstenholme

Kỳ trước chúng ta đã học cách tìm công thức tính tổng các luỹ thừa $$S_k(n) = 1^k + 2^k + 3^k + \dots + n^k.$$
Hôm nay chúng ta sẽ xem xét các tính chất chia hết của $S_k(n)$. Chúng ta sẽ chứng minh rằng nếu $p$ là một số nguyên tố và $k$ không chia hết cho $p-1$ thì $$S_k(p-1) = 1^k + 2^k + 3^k + \dots + (p-1)^k = 0 \pmod{p}.$$

Đồng thời chúng ta cũng sẽ tìm hiểu về $$S_{-k}(n) = \frac{1}{1^k} + \frac{1}{2^k} + \frac{1}{3^k} + \dots + \frac{1}{n^k}.$$

Có một định lý trong số học liên quan đến tính chia hết của $S_{-k}(n)$, đó là Định lý Wolstenholme.

Định lý Wolstenholme. Nếu $p$ là một số nguyên tố $>3$ thì $$S_{-1}(p-1) = \frac{1}{1} + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \dots + \frac{1}{p-1} ~=_{Q} ~0 \pmod{p^2} $$ và $$S_{-2}(p-1) = \frac{1}{1^2} + \frac{1}{2^2} + \frac{1}{3^2} + \dots + \frac{1}{(p-1)^2} ~=_{Q} ~0 \pmod{p}.$$

Chúng ta sẽ chứng minh một tính chất tổng quát hơn, đó là nếu $p$ là một số nguyên tố và $k$ không chia hết cho $p-1$ thì $$S_{-k}(p-1) = \frac{1}{1^k} + \frac{1}{2^k} + \frac{1}{3^k} + \dots + \frac{1}{(p-1)^k} ~=_{Q} ~0 \pmod{p}.$$

Tổng luỹ thừa

Hôm nay chúng ta sẽ học về công thức tính tổng các luỹ thừa $$S_k(n) = 1^k + 2^k + 3^k + \dots + n^k .$$


Công cụ chính mà chúng ta sẽ dùng là nhị thức Newton sau đây $$(x+y)^k = x^k + {k \choose 1} x^{k-1} y + {k \choose 2} x^{k-2} y^2 + {k \choose 3} x^{k-3} y^3 + \dots + {k \choose {k-1}} x y^{k-1} + y^k.$$

Chứng minh Định lý Wilson bằng công thức nội suy

Kỳ trước chúng ta đã học về hai công thức nội suy cho đa thức, đó là công thức nội suy Newton và công thức nội suy Lagrange. Cả hai công thức này đều có thể dùng để chứng minh Định lý Wilson.

Ở đây, chúng ta chỉ trình bày một cách chứng minh định lý Wilson sử dụng công thức nội suy Newton. Xin dành cho các bạn phần còn lại, đó là chứng minh Định lý Wilson sử dụng công thức nội suy Lagrange.

Định lý Wilson là một định lý nổi tiếng trong số học. Định lý này nói rằng nếu $p$ là một số nguyên tố thì số $(p−1)!+1$ sẽ chia hết cho $p$.

Định lý Wilson

Hôm nay xin giới thiệu với các bạn một định lý liên quan đến số nguyên tố, đó là Định lý Wilson. Định lý này nói rằng nếu $p$ là một số nguyên tố thì số $(p-1)! + 1$ sẽ chia hết cho $p$.

Ở đây, ký hiệu $n!$ có nghĩa là $$n! = 1 \times 2 \times 3 \times \dots \times n.$$

Ví dụ,

• $1! + 1 = 2$ chia hết cho $2$
• $2! + 1 = 3$ chia hết cho $3$
• $4! + 1 = 25$ chia hết cho $5$
• $6! + 1 = 721$ chia hết cho $7$

Định lý Euclid về số nguyên tố

Tiếp tục câu chuyện về số nguyên tố, hôm nay chúng ta sẽ chứng minh rằng tồn tại vô số các số nguyên tố. Đây chính là Định lý Euclid về số nguyên tố. Định lý này có một cách chứng minh rất là đơn giản, nhưng cách chứng minh này có lẽ là một trong những chứng minh hay nhất trong toán học.