Question Number 174062 by Tawa11 last updated on 23/Jul/22
$$\mathrm{find}\:\mathrm{all}\:\mathrm{prime}\:\mathrm{p}\:\mathrm{and}\:\mathrm{q}\:\:\mathrm{such}\:\mathrm{that}\:\:\:\:\mathrm{p}^{\mathrm{2}} \:\:−\:\:\mathrm{p}\:\:\:\:=\:\:\:\mathrm{37q}^{\mathrm{2}} \:\:−\:\:\mathrm{q} \\ $$
Commented by Rasheed.Sindhi last updated on 24/Jul/22
$$\ll_{\bullet} ^{\bullet} \:\underset{−} {\overline {\boldsymbol{\mathrm{SUCCESSFUL}}\:\:\boldsymbol{\mathrm{Approach}}_{\bullet} ^{\bullet} }}\gg \\ $$$$\:{p}^{ } \:\:−\:\:{p}\:\:\:\:=\:\:\: {q}^{ } \:\:−\:\:{q} \\ $$$${p}^{\mathrm{2}} −{q}^{\mathrm{2}} =\mathrm{36}{q}^{\mathrm{2}} +{p}−{q} \\ $$$${p}^{\mathrm{2}} −{q}^{\mathrm{2}} −\left({p}−{q}\right)=\mathrm{36}{q}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\left({p}−{q}\right)\left({p}+{q}−\mathrm{1}\right)=\mathrm{36}{q}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\frac{\left({p}−{q}\right)\left({p}+{q}−\mathrm{1}\right)}{{q}^{\mathrm{2}} }=\mathrm{36} \\ $$$$\begin{cases}{\left(\frac{{p}−{q}}{{q}}\right)\left(\frac{{p}+{q}−\mathrm{1}}{{q}}\right)=\mathrm{36}}\\{\left(\frac{{p}−{q}}{{q}^{\mathrm{2}} }\right)\left({p}+{q}−\mathrm{1}\right)=\mathrm{36}}\\{\left({p}−{q}\right)\left(\frac{{p}+{q}−\mathrm{1}}{{q}^{\mathrm{2}} }\right)=\mathrm{36}}\end{cases}\: \\ $$$$\begin{cases}{\:^{\bigstar} \left(\frac{{p}}{{q}}−\mathrm{1}\right)\left(\frac{{p}}{{q}}+\frac{{q}−\mathrm{1}}{{q}}\right)=\mathrm{36}\:\left({false}\right)}\\{\:^{\bigstar\bigstar} \left(\frac{{p}−{q}}{{q}^{\mathrm{2}} }\right)\left({p}+{q}−\mathrm{1}\right)=\mathrm{36}}\\{\left({p}−{q}\right)\left(\frac{{p}+{q}−\mathrm{1}}{{q}^{\mathrm{2}} }\right)=\mathrm{36}\:\left({only}\:{possible}\:{case}\right)}\end{cases}\: \\ $$$$\:^{\bigstar} {q}\mid{p}\Rightarrow{q}={p}\:\left[\because\:{p},{q}\in\mathbb{P}\right] \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:{p}={q}\Rightarrow\frac{{p}}{{q}}=\mathrm{1}\:{and}\:{this}\:{make}\:^{\bigstar} {false}. \\ $$$$\:^{\bigstar\bigstar} \:\:\frac{{p}−{q}}{{q}^{\mathrm{2}} }\:{is}\:{impossible}\:{as}\:{p},{q}\in\mathbb{P} \\ $$$$ \\ $$$${p}−{q}={k}\:\wedge\:\frac{{p}+{q}−\mathrm{1}}{{q}^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{36}}{{k}}\:;\:{k}\mid\mathrm{36} \\ $$$$\underset{\left({i}\right)} {\underbrace{{p}−{q}={k}}}\:\wedge\:\underset{\left({ii}\right)} {{p}+{q}=\frac{\mathrm{36}{q}^{\mathrm{2}} }{{k}}+\mathrm{1}} \\ $$$$\left({ii}\right)−\left({i}\right): \\ $$$$\mathrm{2}{q}=\left(\frac{\mathrm{36}{q}^{\mathrm{2}} }{{k}}+\mathrm{1}\right)−{k} \\ $$$$\mathrm{2}{qk}=\mathrm{36}{q}^{\mathrm{2}} +{k}−{k}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{36}{q}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{kq}+{k}−{k}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$$${q}=\frac{\mathrm{2}{k}\pm\sqrt{\mathrm{4}{k}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}\left(\mathrm{36}\right)\left({k}−{k}^{\mathrm{2}} \right)}}{\mathrm{72}} \\ $$$$\:\:\:=\frac{\mathrm{2}{k}\pm\mathrm{2}\sqrt{{k}^{\mathrm{2}} −\mathrm{36}{k}+\mathrm{36}{k}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{72}} \\ $$$$\:\:\:=\frac{{k}\pm\sqrt{\mathrm{37}{k}^{\mathrm{2}} −\mathrm{36}{k}}}{\mathrm{36}}\in\mathbb{P}\:\wedge\:{k}\mid\mathrm{36} \\ $$$${Possible}\:{candidates}\:{for}\:{k}: \\ $$$$\pm\mathrm{1},\pm\mathrm{2},\pm\mathrm{3},\pm\mathrm{4},\pm\mathrm{6},\pm\mathrm{9},\pm\mathrm{12},\pm\mathrm{18},\pm\mathrm{36} \\ $$$${Only}\:{successful}\:{candidate}\:{for}\:{k}\:{is}\:\mathrm{36} \\ $$$${k}=\mathrm{36}\Rightarrow\begin{cases}{{q}=\mathrm{7},{p}=\mathrm{43}}\\{{q}=−\mathrm{5},{p}=\mathrm{31}}\end{cases} \\ $$
Commented by Tawa11 last updated on 25/Jul/22
$$\mathrm{Wow},\:\mathrm{God}\:\mathrm{bless}\:\mathrm{you}\:\mathrm{sir}. \\ $$
Answered by Rasheed.Sindhi last updated on 24/Jul/22
$${p}^{\mathrm{2}} −{p}=\mathrm{37}{q}^{\mathrm{2}} −{q}\:;\:\:\:\:\:\:\:{p},{q}\in\mathbb{P}\: \\ $$$${p}\left({p}−\mathrm{1}\right)={q}\left(\mathrm{37}{q}−\mathrm{1}\right) \\ $$$${p}={q}\:\vee\:{p}\mid\left(\mathrm{37}{q}−\mathrm{1}\right) \\ $$$$\bullet{p}={q}\:\wedge\:{p}−\mathrm{1}=\mathrm{37}{q}−\mathrm{1}\Rightarrow{p}−\mathrm{1}=\mathrm{37}{p}−\mathrm{1} \\ $$$$\:\:\:\Rightarrow{p}=\mathrm{0}\notin\mathbb{P} \\ $$$$\:\:\therefore\:{p}\neq{q}\:\:\: \\ $$$$\bullet\:{p}\mid\left(\mathrm{37}{q}−\mathrm{1}\right)\:\wedge\:{p},{q}\:{satisfy}\:{the}\:{given}\:{relation}. \\ $$$$\:\:\:{q}=\mathrm{2}\Rightarrow\mathrm{37}{q}−\mathrm{1}=\mathrm{73}\Rightarrow{p}=\mathrm{73}\:\:\:× \\ $$$$\:\:\:{q}=\mathrm{3}\Rightarrow\mathrm{37}{q}−\mathrm{1}=\mathrm{110}\Rightarrow{p}=\mathrm{2},\mathrm{5},\mathrm{11}\:× \\ $$$$\:\:\:{q}=\mathrm{5}\Rightarrow\mathrm{37}{q}−\mathrm{1}=\mathrm{184}\Rightarrow{p}=\mathrm{2},\mathrm{23}\:× \\ $$$$\:\:\:{q}=\overset{\checkmark} {\mathrm{7}}\Rightarrow\mathrm{37}{q}−\mathrm{1}=\mathrm{258}\Rightarrow{p}=\overset{×} {\mathrm{2}},\overset{×} {\mathrm{3}},\overset{\checkmark} {\mathrm{43}} \\ $$$$\left({p},{q}\right)=\left(\mathrm{43},\mathrm{7}\right) \\ $$$${Continue} \\ $$$$ \\ $$
Answered by Rasheed.Sindhi last updated on 24/Jul/22
$$\:\mathrm{p}^{\mathrm{2}} \:\:−\:\:\mathrm{p}\:\:\:\:=\:\:\:\mathrm{37q}^{\mathrm{2}} \:\:−\:\:\mathrm{q} \\ $$$$\:\mathrm{p}^{\mathrm{2}} \:\:−\:\:\mathrm{p}\:\:+\:\mathrm{q}\:−\:\:\mathrm{37q}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{p}=\frac{\mathrm{1}\pm\sqrt{\mathrm{1}−\mathrm{4q}\left(\mathrm{1}−\mathrm{37q}\right)}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{p}=\frac{\mathrm{1}\pm\sqrt{\mathrm{148q}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4q}+\mathrm{1}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{p}=\frac{\mathrm{1}\pm\sqrt{\frac{\mathrm{37}\left(\mathrm{148q}^{\mathrm{2}} \right)−\mathrm{37}\left(\mathrm{4q}\right)+\mathrm{37}}{\mathrm{37}}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{p}=\frac{\mathrm{1}\pm\sqrt{\frac{\mathrm{74}^{\mathrm{2}} \mathrm{q}^{\mathrm{2}} −\mathrm{148q}+\mathrm{1}+\mathrm{37}−\mathrm{1}}{\mathrm{37}}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{p}=\frac{\mathrm{1}\pm\sqrt{\frac{\mathrm{74}^{\mathrm{2}} \mathrm{q}^{\mathrm{2}} +\mathrm{148q}+\mathrm{1}−\mathrm{296q}+\mathrm{37}−\mathrm{1}}{\mathrm{37}}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{p}=\frac{\mathrm{1}\pm\sqrt{\frac{\left(\mathrm{74q}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{36}−\mathrm{296q}}{\mathrm{37}}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{p}=\frac{\mathrm{1}\pm\sqrt{\frac{\left(\mathrm{74q}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}\left(\mathrm{74q}−\mathrm{9}\right)}{\mathrm{37}}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\bigtriangleup=\frac{\left(\mathrm{74q}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}\left(\mathrm{74q}−\mathrm{9}\right)}{\mathrm{37}}\:\:\:\mathrm{is}\:\mathrm{perfect}\:\mathrm{square}\:\mathrm{integer}. \\ $$$$\mathrm{For}\:\mathrm{q}=\mathrm{7}\:,\:\bigtriangleup\:\mathrm{is}\:\mathrm{85}^{\mathrm{2}} \: \\ $$$$\mathrm{q}=\mathrm{7}\Rightarrow\mathrm{p}=\mathrm{43}\: \\ $$$$.{o}……. \\ $$
Commented by Tawa11 last updated on 24/Jul/22
$$\mathrm{God}\:\mathrm{bless}\:\mathrm{you}\:\mathrm{sir}.\:\mathrm{I}\:\mathrm{appreciate}. \\ $$