Ta có:
n^2023 + n^2024 + 1 = (n^2024 + 1) + n^2023
Ta chứng minh rằng n^2024 + 1 là số nguyên tố.
Nếu n là số nguyên tố, thì n^2024 + 1 là số nguyên tố.
Nếu n là số hợp số, thì n^2024 + 1 là số nguyên tố.
- Trường hợp 1: n là số nguyên tố
Ta có:
n^2024 + 1 = (n^2)^1012 + 1
Theo định lý Fermat, n^2 không chia hết cho 3.
Vậy, n^2024 + 1 không chia hết cho 3.
Nên n^2024 + 1 là số nguyên tố.
- Trường hợp 2: n là số hợp số
Ta có:
n^2024 + 1 = (a^k * b^l)^1012 + 1
Trong đó, a và b là các số nguyên tố khác nhau, k và l là các số nguyên dương.
Ta chia n^2024 + 1 cho a^k * b^l.
n^2024 + 1 = (a^k * b^l)^1012 + 1
n^2024 + 1 / (a^k * b^l) = (a^2024 / a^k) * (b^2024 / b^l) + 1 / (a^k * b^l)
n^2024 + 1 / (a^k * b^l) = a^2024 - 1 / a^k * b^l
Ta có:
a^2024 - 1 / a^k * b^l
là số nguyên dương, vì a^2024 - 1 là số nguyên dương.
Nên n^2024 + 1 / (a^k * b^l) là số nguyên dương không chia hết cho a^k * b^l.
Vậy, n^2024 + 1 không chia hết cho a^k * b^l.
Nên n^2024 + 1 là số nguyên tố.
Kết luận:
Từ hai trường hợp trên, ta có thể kết luận rằng n^2024 + 1 là số nguyên tố, với mọi số tự nhiên n khác 0.