Hemmes mathematische Rätsel: Kann das Ergebnis eine Quadratzahl sein?
Die Differenz und die Summe von zwei Quadratzahlen können Primzahlen sein. Zwei Beispiele dafür sind 22 – 12 = 3 und 22 + 12 = 5 und 32 – 22 = 5 und 32 + 22 = 13. Können aber auch die Differenz und die Summe von zwei Primzahlen Quadratzahlen sein? Wenn ja, wie viele solche Primzahlpaare gibt es?
Sind p und q die beiden gesuchten Primzahlen, wobei p ≤ q sein soll, muss q – p = m2 und q + p = n2 gelten. Zieht man die erste Gleichung von der zweiten ab, erhält man 2p = n2 – m2 oder p = (n2 – m2)/2. Damit die rechte Gleichungsseite ganzzahlig ist, müssen n und m entweder beide gerade oder beide ungerade sein. Im ersten Fall gilt n = 2j und m = 2i, woraus sich die gerade Zahl p = (4j2 – 4i2)/2 = 2(j2 – i2) ergibt. Im zweiten Fall gilt n = 2j – 1 und m = 2i – 1, woraus wiederum eine gerade Zahl p = ((2j – 1)2 – (2i – 1)2)/2 = 2(j2 – j – i2 + i) folgt. Addiert man die beiden Ausgangsgleichungen, bekommt man 2q = n2 + m2, woraus sich ganz analog ergibt, dass auch q eine gerade Zahl sein muss. Da 2 die einzige gerade Primzahl ist, muss p = q = 2 sein, woraus als einzige Lösung 2 – 2 = 02 und 2 + 2 = 22 folgt.
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