نتایجی پیرامون قضیه ولستن‌هولم و کاربردهای آن

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 گروه کامپیوتر، مجتمع آموزش عالی تربت‌جام ، تربت‌جام، ایران

2 گروه ریاضی و کامپیوتر، دانشکده ریاضی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران

چکیده

در سال $1862$ ولستن‌هولم ثابت کرد، $\binom{2p-1}{p-1}\equiv 1\pmod{p^3}$ که در آن $p\geq5$ عددی اول است. این قضیه هم‌ارز با تقسیم‌پذیری ضرایب سری هارمونیک \[1+\frac{1}{2}+\cdots+\frac{1}{p-1}\] بر عدد $p^2$ می‌باشد. با پی‌بردن به کاربردهای متفاوت قضیه ولستن‌هولم در قرن نوزدهم، باعث گردید ریاضیدان‌های برجسته زیادی مسائل مرتبط با بخش‌پذیری ضرایب کسرهای گویا و ضرایب دوجمله‌ای بر توان‌های اعداد اول را مورد مطالعه قرار دادند. ظاهر شدن اعداد برنولی در این قضیه و ارتباط آن با ضرایب دوجمله‌ای، پای این بخش از ریاضیات را در نظریه اعداد تحلیلی نیز باز کرد. اثبات‌های متفاوتی از قضیه ولستن‌هولم توسط ریاضیدان‌ها مطرح شده است. در این مقاله ما به بررسی قضیه ولستن‌هولم برای توان‌های بیشتر عدد اول $p$ و همچنین بررسی این اثبات‌های متفاوت می‌پردازیم. عکس قضیه ولستن‌هولم برای نخستین بار توسط جونز مطرح گردید که بیان می‌کند اگر عدد طبیعی $n$ در رابطه $\binom{2n-1}{n-1}\equiv 1\pmod{p^3}$ صدق کند آنگاه عددی اول می‌باشد. ما این مقاله را با بررسی شرایط عکس قضیه ولستن‌هولم و همچنین بیان چند مسئله به پایان می‌رسانیم.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] T. M. Apostol, Introduction to analytic number theory, Undergraduate Texts in Mathematics, Springer-Verlag, New York-Heidelberg, 1976.
[2] C. Babbage, Demonstration of a theorem relating to prime numbers, Edinburgh. Phil. J., 1 (1819) 46–49.
[3] M. Bayat, A generalization of Wolstenholme’s theorem, Amer. Math. Monthly, 104 no. 6 (1997) 557–560.
[4] V. Brun, J. O. Stubban, J. E. Fjeldstad, R. Tambs Lyche, K. E. Aubert, W. Ljunggren and E. Jacobsthal, On the divisibility of the difference between two binomial coefficients, Den 11te Skandinaviske Matematikerkongress, Trondheim, (1949), Johan Grundt Tanums Forlag, Oslo, (1952) 42–54.
[5] L. Carlitz, A Note on Stirling Numbers of the First Kind, Math. Mag., 37 no. 5 (1964) 318–321.
[6] L. Comtet, Advanced Combinatorics: The art of finite and infinite expansions, Springer Science & Business Media, 2012.
[7] J. W. L. Glaisher, Congruences relating to the sums of products of the first n numbers and to other sums of products, Quart. J. Math., 31 (1900) 1–35.
[8] J. W. L. Glaisher, On the residues of the sums of products of the first p−1 numbers, and their powers, to modulus p2 or p3, Quart. J. Math., 31 (1900) 321–353.
[9] R. K. Guy, Unsolved problems in number theory, Problem Books in Mathematics. Unsolved Problems in Intuitive Mathematics, 1, Springer-Verlag, New York-Berlin, 1981.
[10] C. Helou and G. Terjanian, On Wolstenholme’s theorem and its converse, J. Number Theory, 128 no. 3 (2008) 475–499.
[11] K. Ireland and M. Rosen, classical introduction to modern number theory, Revised edition of Elements of number theory, Graduate Texts in Mathematics, 84, Springer-Verlag, New York-Berlin, 1982.
[12] J. P. Jone, Private correspondence, January, 1994.
[13] R. Meštrović, Congruences for Wolstenholme primes, Czechoslovak Math. J., 65(140) no. 1 (2015) 237–253.
[14] R. J. McIntosh, On the converse of Wolstenholme’s theorem, Acta Arith., 71 no. 4 (1995) 381–389.
[15] M. P. Saikia, Conjectures on congruences of binomial coefficients modulo higher powers of a prime number, J. Assam Acad. Math., 13 (2023) 5–7.
[16] R. Tauraso, More congruences for central binomial coefficients, J. Number Theory, 130 no. 12 (2010) 2639–2649.
[17] J. Wolstenholme, On certain properties of prime numbers, Quart. J. Pure Appl.Math., 5 (1862) 35–39.
[18] D. Yaqubi and M. Mirzavaziri, Extending Wolstenholm’s theorem: A new perspective, (2024). https://www.researchgate.net/publication/386148476.
[19] D. Yaqubi and M. Mirzavaziri, Some divisibility properties of binomial coefficients, J. Number Theory, 183 (2018) 428–441.
[20] J. Zhao, Wolstenholme type theorem for multiple harmonic sums, Int. J. Number Theory, 4 no. 1 (2008) 73–106.
[21] Z. Zhi-Hong, Congruences concerning Bernoulli numbers and Bernoulli polynomials, Discrete Appl. Math., 105 no. 1-3 (2000) 193–223.
[22] V. Trevisan, W. Kenneth, Testing the converse of Wolstenholme’s theorem. 16th School of Algebra, Part II (Portuguese) (Brasília, 2000), Mat. Contemp., 21 (2001) 275–286.
[23] م. میرزاوزیری، شمردنی‌ها را بشمارید، انتشارات سخن‌گستر، 1386.