(Solución de Orlando Ochoa Castillo.)
Una de las cosas que se acostumbra hacer normalmente en este tipo de problemas es acotar, al inicio, algunas de las variables. Una primera, y algo primitiva, cota sería decir: $r$ es un primo menor que $2004$, ya que $25pq$ tiene que ser mayor que $25$. Sin embargo, esto no nos dice mucho, y observamos que podemos acotar mejor.
Como $p$ < $q$, si $p = 11$, tendríamos que $q$, es al menos el siguiente primo, es decir, $13$ y $r$ el siguiente, es decir, el $17$, obteniendo la ecuación: $25\cdot 11\cdot 13 +17 = 3592$ > $2004$ , por lo cual, $p$ < $11$.
Si $p = 7$, el caso cuya primera ecuación $25pq+ r =2004$ sea la menor es, si $q = 11$ y $r = 13$, así $25\cdot 7\cdot 11+ 13= 1938$ <$2004$ , así que nuestro máximo para $p$ será $7$.
Notemos que $r$ no puede ser $2$, ya que un existen dos primos, $p, q$, menores que $r = 2$. Por lo tanto, $r + 25pq$, como debe ser igual a $2004$, debe ser par y como $r$ es impar, por fuerza $25pq$ debe ser impar, lo que evita que tanto $p$ como $q$ sean el primo $2$. $2004$ es múltiplo de $3$, por lo que, si $p = 3$, que es otro de los casos que tenemos por checar, $25pq$ también sería un múltiplo de $3$, y como la suma de múltiplos de un número es un múltiplo del mismo número, entonces $r= 2004 -25pq$ sería un múltiplo de $3$ y por lo tanto no sería un primo, quedando así también ésta opción descartada.
Solo nos queda checar que pasa con $p = 5$ y $p = 7$. Sea $p = 5$, entonces, de igual forma que como acotamos $p$, nos damos cuenta que $q$ es tal que $5$<$q$<$ 17$ . Sea $q = 7$, despejando $r= 2004 -25pq$ tenemos que $r= 1129 $, que es primo, falta ver si se cumple que $pqr+ 1$ es un cuadrado.
$pqr+ 1= 5 \cdot7\cdot 1129 +1= (-4)(- 2)(- 5)+ 1= 6$ $mod(9)$, como además es $pqr+ 1= 5\cdot 7 \cdot1129 +1 =(-1) (1) (1) +1= 0$ $mod(3)$, vemos que el número es múltiplo de $3$, pero no de $9$, por lo cual no es cuadrado.
Si $q = 11$, $r= 2004 -25pq \Rightarrow r = 629 17 \cdot 37$ , que no es primo, lo cual descarta esta opción, así, la única opción que nos queda para $p = 5$ es $q = 13$. Sea $q = 13$, $r= 2004 -25pq \Rightarrow r = 379$ que es un número primo, sin embargo, analizando la segunda ecuación $pqr+ 1 =5 \cdot 13\cdot 379 +1 =(-1) (1) (1) + 1 = 0$ $(mod 3)$ y por otra parte $pqr + 1= 5 \cdot 13 \cdot 379 + 1 = (-4) (4) (1) + 1 = 15 = 3$ $(mod 9)$, como es múltiplo de $3$, pero no de $9$, entonces no es un cuadrado perfecto.
Por último, nos queda $p = 7$. Si $q = 13$, $r$ tendría que ser al menos $17$, así $25\cdot 7\cdot 13 + 17= 2292$ > $2004$ , entonces, $7$ < $q$ < $13$. La única opción, como $q$ es primo, es $q = 11$. Siendo así $r= 2004 -25pq \Rightarrow r= 79$ , que es primo, por último, falta checar que la segunda ecuación es un cuadrado perfecto. $pqr + 1 =7 \cdot 11\cdot 79 + 1= 6084 =782^2$.
Como agotamos las opciones para $p$, ya no tenemos más posibles soluciones. Por lo tanto, la única solución al sistema de ecuaciones es: $p= 7,q= 11, r= 79$.
Tengo una solución
Tengo una solución diferente.
Tenemos que $$25pq+r=2004$$ y que $$pqr+1=x^2$$
Entonces podemos poner $pqr$ como $$pqr=(x+1)(x-1)$$
Como $p,q,r$ son primos, tenemos que uno de $(x+1)$ o $(x-1)$ esta formado por algunos de los factores $p,q,r$ y el otro por los que falten.
Si alguno tiene a los tres factores tenemos que como $pqr>1$ entonces $pqr=x+1$ y $x-1=1$. Por lo tanto $pqr=3$ y no se puede.
Entonces alguno tiene exactamente dos de los factores primos. Si uno tiene $pr$ y el otro $q$, como $pr>q$ tenemos que $pr=x+1$ y $q=x-1$ por lo tanto $pr=q+2$ pero $r \geq q+2$ entonces $$pr \geq pq+2p > q+2$$ Por lo que no se puede este caso. Mismo argumento si uno tiene a $qr$ y el otro a $p$.
Por lo tanto tenemos dos casos
Caso $pq=x+1,r=x-1$, entonces $pq=r+2$ lo sustituimos en la otra ecuación y tenemos que.
$$25(r+2)+r=2004 \rightarrow 26r=1954$$ Pero $1954/26$ no es entero
Caso $pq=x-1,r=x+1$, entonces $pq=r-2$
$$25(r-2)+r=2004 \rightarrow 26r=2054$$ Entonces tenemos que $r=79$ que es primo, luego $pq=79-2=77=7*11$ por lo que $p=7,q=11$ es la única posibilidad. Entonces la única terna $(p,q,r)$ que cumple es $(7,11,79)$.
Muy buena solución
Muy buena solución iwakura_isa.Tu solución, a diferencia de la de Orlando, se enfocó primero en estudiar la condición $pqr+1=x^2$; Orlando estudió primero la condición $25pq+r=2004$.
En mi opinión personal, me parece que tu forma de resolver resultó más corta. Pero me gusta ver que es posible llegar a la solución sin importar a cuál de las identidades decidas dedicar el mayor esfuerzo.
Esta es la solución correcta
Esta es la solución correcta !
Enhorabuena!
Esta es la solución correcta
Esta es la solución correcta !
Enhorabuena!
Aún más simple:
Buscamos tres primos de la forma 4k-1. El cuadrado buscado es par.
Como tenemos que complentar 2004 con un múltiplo de 25, el mayor de ellos acaba en 9.
El múltiplo de 25 más cercano a 2004 es 2000, 25*80. Los dos menores giran alrededor de 9. 7 y 11 son 4k-1.
7*11*79 + 1 = 78^2
Tu solución se ve muy bien.
Aquí me costó trabajo entender, pero veo con bueno ojos tu camino de acotar las posibilidades para $p$ y $q$. Entiendo pues que como $25pq+r = 2004$ y entonces $25pq \leq 2000 = 25*80$ en consecuencia $pq \leq 80$. De aquí me parece claro que el producto de los primos pequeños ($p$ y $q$) debe ser menor que 80. ¿Pero qué significa girar alrededor de 9?
Tal vez te refieres a que $\sqrt{pq} \leq \sqrt{80} < 9$. Por lo que el factor más pequeño debe ser menor que 9, en este caso como $p \leq q$, entonces $p$ sólo puede ser primo menor que 9. Es decir, $p=3, 5, 7$. Pero en cada caso $q$ qeda delimitado por varias opciones, $q \leq 80/3 < 26$ si $p=3$. Lo que da varias opciones para $q = 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23$. ¿Cómo te deshaces de esas posibilidades? Sobre todo ahora sabiendo que no es necesario que $p$ y $q$ sean de la forma $4k-1$.
Aún con la condición $4k-1$ tengo dudas. Con dicha condición el caso $p=5$ desaparece. ¿Pero qué pasa con el caso $p=3$? Los valores posibles para $q$ de la forma $4k-1$ en el caso $p=3$ serían $p=7, 11, 19, 23$, todos ellos tienen la condición $pq < 80$. ¿Cómo te deshaces de ellos? ¿A mano? El caso $p=7$ veo que sería el más sencillo, pues aquí $q< 80/11 < 12$, además $q>7$ por lo que sólo quedaría $q =11$, de hecho no necesitarías la condición $4k-1$.