这里有一个非常具体这个问题可以用加法和乘法的$p$-adic连续性来解释。我们甚至不需要补全:问题完全发生在有理数中,在任何意义上都不是一个假的问题。
当$r$不一定是整数时,我们可以形成二项式系数$\binom{r}{n}$,这很重要,因为它们出现在微积分中$(1+x)^r$的幂级数系数中。他们的公式为$n \geq 1$$$\binom{r}{n}=\frac{r(r-1)\cdots(r-n+1)}{n!}。$$如果您查看$\sqrt{1+x}$和$\sqart[3]{1+x}$的展开式,对应于$r=1/2$和$r=1/3$,则该系列的开头为$$1+\压裂{1}{2} x个-\压裂{1}{8} x个^2+\压裂{1}{16} x个^3-\压裂{5}{128}x^4+\压裂{7}{256}x^5+\cd个$$和$$1+\压裂{1}{3} x个-\压裂{1}{9} x个^2+\压裂{5}{81}x^3-\压裂{10}{243}x^4+\压裂{22}{729}x^5+\cd个$$令人惊讶的是,分母在第一种情况下完全是2的幂,在第二种情况下是3的幂。想想看:$\binom{1/3}{5}$涉及到除以$5!$,但这2个和5个因素相互抵消。作为一个更极端的例子,$\binom{-3/22}{7}=-\frac{1071892575}{39909726208}$和$3990972.6208=2^{11}11^7$. 尽管$\binom{-3/22}{7}$的定义涉及到除以$7!$,分母中幸存的素数似乎与$7!$无关以及与$-3/22$的分母有关的一切。
声明:对于$n\geq1$和非零有理$r$,如果质数$p$是$\binom{r}{n}$的分母,那么$p$就是$r$的分分母。
证据:我们展示了对立面。如果$p$不在$r$的分母中,那么$|r|p\leq1$的分分母是$p$的任意幂的可逆模,因此$r$是正整数的$p$-adic极限,例如$r=\lim_{k\rightarrow\infty}a_k$和$a_k\在{\mathbf Z}^+$中。这是$p$-adic限制。通过加法和乘法(和除法)的$p$-adic连续性,我们得到了$\binom{r}{n}=\lim_{k\rightarrow\infty}\binom}a_k}{n{$,另一个$p$-adic极限。通过组合数学,我们知道$\binom{a_k}{n}$是一个正整数,所以$|\binom{a_k}{n}|_p\leq 1$。${\mathbfQ}$上的$p$-adic绝对值是$p$-基本连续的,因此$|\binom{r}{n}|_p=\lim_{k\rightarrow\infty}|\binom{a_k}{n{|_p\leq1$。因此$p$不在$\binom{r}{n}$的分母中。量化宽松政策
特殊情况$r=1/2$可以用加泰罗尼亚数字来解释:$\binom{1/2}{n}=(-1)^{n-1}C_{n-1}/2^{2n-1}$,其中$C_{n-1{$是第$(n-1)$个加泰罗尼亚数字(正整数)。因此,$\binom{1/2}{n}$的分母是2的幂。对于一般情况,我不知道有什么论据可以解释为什么$\binom{r}{n}$分母中的素数必须是$r$分母里的素数,就像这个$p$-adic方法那样简洁。
相反的说法也是正确的:对于$n\geq1$和非零有理$r$,如果质数$p$是$r$的分母,那么$p$就是$\binom{r}{n}$的分子。也就是说,如果$|r|_p>1$,那么$|\binom{r}{n}|_p>1$。更准确地说,如果$|r|_p>1$,则$|\binom{r}{n}|_p\geq|r|p^n$,因此实际上$|\biom{r{n}| _p\rightarrow\infty$为$n\rightarror\infty$。让我们把它作为练习。($\sqrt{1+x}$和$\sqrt[3]{1+x}$的系数数据表明,如果$|r|p>1$,序列$|\binom{r}{n}|p$可能是单调递增的,这也可以通过查看比率$\binom}{n+1}/\binomneneneep{n}$的$p$-adic绝对值来证明。)特别是对于$n\geq1$,$\binom{1/2}的分母{n} $是$2$的幂,而不是$1$。