Với \(p=3\), ta có: \(3\) là số nguyên tố và \(p^2+44=3^2+44=53\) cũng là số nguyên tố.
Vậy \(p=3\) thỏa mãn.
* Với \(p\ne3\), vì p là số nguyên tố nên p không chia hết cho 3. Ta xét các trường hợp sau:
- Trường hợp 1: p chia 3 dư 1 => \(p=3k+1\left(k\in N\right)\)
Ta có:
\(p^2+44=\left(3k+1\right)^2+44=\left(3k+1\right).\left(3k+1\right)+44\)
\(=3k.\left(3k+1\right)+1.\left(3k+1\right)+44=9k^2+3k+3k+1+44\)
\(=9k^2+6k+45=3.\left(3k^2+2k+15\right)\) chia hết cho 3
Vậy trường hợp này loại
- Trường hợp 2: p chia 3 dư 2 => \(p=3k+2\left(k\in N\right)\)
Ta có:
\(p^2+44=\left(3k+2\right)^2+44=\left(3k+2\right).\left(3k+2\right)+44\)
\(=3k.\left(3k+2\right)+2.\left(3k+2\right)+44=9k^2+6k+6k+4+44\)
\(=9k^2+12k+48=3.\left(3k^2+4k+16\right)\) chia hết cho 3
Vậy trường hợp này loại
Tóm lại, chỉ có p = 3 là thỏa mãn đề bài.
* Với p = 3, ta có: 3 là số nguyên tố và p^2 + 44 = 3^2 + 44 = 53 cũng là số nguyên tố
Vậy p = 3 thỏa mãn
Với p \(\ne\) 3, vì p là số nguyên tố nên p không chia hết cho 3. Ta xét các trường hợp sau:
Trường hợp 1: p chia 3 dư 1 => \(p=3k+1\left(k\in N\right)\)
Ta có:
p^2 + 44 = (3k+1)^2 + 44 = (3k+1).(3k+1) + 44
= 3k.(3k+1) + 1.(3k+1) + 44 = 9k^2 +3k + 3k + 1 + 44
= 9k^2 + 6k + 45 = 3.(3k^2+2k+15) chia hết cho 3
Vậy trường hợp này loại
- Trường hợp 2: p chia 3 dư 2 => \(p=3k^2+2\left(k\in N\right)\)
Ta có:
p^2+44=(3k+2)2+44=(3k+2).(3k+2)+44
=3k.(3k+2)+2.(3k+2)+44=9k^2+6k+6k+4+44
=9k^2+12k+48=3.(3k^2+4k+16) chia hết cho 3
Vậy trường hợp này loại.
Tóm lại, chỉ có p=3 là thỏa mãn đề bài