23/10/2022

Proof of an interesting statement about the sums of two squares

In an earlier blog post I have mentioned a conjecture of mine without proof:

"If a number is the sum of two consecutive square numbers, and it is not sum of any other two square numbers, then the number is prime. And in reverse, if the sum of two consecutive square numbers is prime, then it is not the sum of two other square numbers (where 0 is considered a square number)."

After I republished those earlier blog posts in this newer blog, that statement began to interest me again, so I took the time to think on it. I checked the conjecture with a C computer program for small numbers (i.e. until 50000²+50001²), and I also generalized the conjecture (and also checked that for some numbers) in the following way:

"Let S be the sum of an even and an odd square number relatively prime to each other. S is prime if and only if S is not sum of any other two square numbers (other than used in its definition)."

Here is some output of a C program I checked this conjecture with:

  2²+  1²=     5 (prime) (ok)
  4²+  1²=    17 (prime) (ok)
  4²+  3²=    25=   5*    5=   0²+   5²
  6²+  1²=    37 (prime) (ok)
  6²+  5²=    61 (prime) (ok)
  8²+  1²=    65=   5*   13=   4²+   7²
  8²+  3²=    73 (prime) (ok)
  8²+  5²=    89 (prime) (ok)
  8²+  7²=   113 (prime) (ok)
 10²+  1²=   101 (prime) (ok)
 10²+  3²=   109 (prime) (ok)
 10²+  7²=   149 (prime) (ok)
 10²+  9²=   181 (prime) (ok)
 12²+  1²=   145=   5*   29=   8²+   9²
 12²+  5²=   169=  13*   13=   0²+  13²
 12²+  7²=   193 (prime) (ok)
 12²+ 11²=   265=   5*   53=   3²+  16²
 14²+  1²=   197 (prime) (ok)
 14²+  3²=   205=   5*   41=   6²+  13²
 14²+  5²=   221=  13*   17=  10²+  11²
 14²+  9²=   277 (prime) (ok)
 14²+ 11²=   317 (prime) (ok)
 14²+ 13²=   365=   5*   73=   2²+  19²
 16²+  1²=   257 (prime) (ok)
 16²+  3²=   265=   5*   53=  11²+  12²
 16²+  5²=   281 (prime) (ok)
 16²+  7²=   305=   5*   61=   4²+  17²
 16²+  9²=   337 (prime) (ok)
 16²+ 11²=   377=  13*   29=   4²+  19²
 16²+ 13²=   425=   5*   85=   5²+  20²
 16²+ 15²=   481=  13*   37=   9²+  20²
 18²+  1²=   325=   5*   65=   6²+  17²
 18²+  5²=   349 (prime) (ok)
 18²+  7²=   373 (prime) (ok)
 18²+ 11²=   445=   5*   89=   2²+  21²
 18²+ 13²=   493=  17*   29=   3²+  22²
 18²+ 17²=   613 (prime) (ok)
 20²+  1²=   401 (prime) (ok)
 20²+  3²=   409 (prime) (ok)
 20²+  7²=   449 (prime) (ok)
 20²+  9²=   481=  13*   37=  15²+  16²
 20²+ 11²=   521 (prime) (ok)
 20²+ 13²=   569 (prime) (ok)
 20²+ 17²=   689=  13*   53=   8²+  25²
 20²+ 19²=   761 (prime) (ok)
 22²+  1²=   485=   5*   97=  14²+  17²
 22²+  3²=   493=  17*   29=  13²+  18²
 22²+  5²=   509 (prime) (ok)
 22²+  7²=   533=  13*   41=   2²+  23²
 22²+  9²=   565=   5*  113=   6²+  23²
 22²+ 13²=   653 (prime) (ok)
 22²+ 15²=   709 (prime) (ok)
 22²+ 17²=   773 (prime) (ok)
 22²+ 19²=   845=   5*  169=   2²+  29²
 22²+ 21²=   925=   5*  185=   5²+  30²
 24²+  1²=   577 (prime) (ok)
 24²+  5²=   601 (prime) (ok)
 24²+  7²=   625=   5*  125=   0²+  25²
 24²+ 11²=   697=  17*   41=  16²+  21²
 24²+ 13²=   745=   5*  149=   4²+  27²
 24²+ 17²=   865=   5*  173=   9²+  28²
 24²+ 19²=   937 (prime) (ok)
 24²+ 23²=  1105=   5*  221=   4²+  33²
 26²+  1²=   677 (prime) (ok)
 26²+  3²=   685=   5*  137=  18²+  19²
 26²+  5²=   701 (prime) (ok)
 26²+  7²=   725=   5*  145=  10²+  25²
 26²+  9²=   757 (prime) (ok)
 26²+ 11²=   797 (prime) (ok)
 26²+ 15²=   901=  17*   53=   1²+  30²
 26²+ 17²=   965=   5*  193=   2²+  31²
 26²+ 19²=  1037=  17*   61=  14²+  29²
 26²+ 21²=  1117 (prime) (ok)
 26²+ 23²=  1205=   5*  241=   7²+  34²
 26²+ 25²=  1301 (prime) (ok)
 28²+  1²=   785=   5*  157=  16²+  23²
 28²+  3²=   793=  13*   61=   8²+  27²
 28²+  5²=   809 (prime) (ok)
 28²+  9²=   865=   5*  173=  17²+  24²
 28²+ 11²=   905=   5*  181=   8²+  29²
 28²+ 13²=   953 (prime) (ok)
 28²+ 15²=  1009 (prime) (ok)
 28²+ 17²=  1073=  29*   37=   7²+  32²
 28²+ 19²=  1145=   5*  229=  11²+  32²
 28²+ 23²=  1313=  13*  101=  17²+  32²
 28²+ 25²=  1409 (prime) (ok)
 28²+ 27²=  1513=  17*   89=  12²+  37²
 30²+  1²=   901=  17*   53=  15²+  26²
 30²+  7²=   949=  13*   73=  18²+  25²
 30²+ 11²=  1021 (prime) (ok)
 30²+ 13²=  1069 (prime) (ok)
 30²+ 17²=  1189=  29*   41=  10²+  33²
 30²+ 19²=  1261=  13*   97=   6²+  35²
 30²+ 23²=  1429 (prime) (ok)
 30²+ 29²=  1741 (prime) (ok)
 32²+  1²=  1025=   5*  205=   8²+  31²
 32²+  3²=  1033 (prime) (ok)
 32²+  5²=  1049 (prime) (ok)
 32²+  7²=  1073=  29*   37=  17²+  28²
 32²+  9²=  1105=   5*  221=   4²+  33²
 32²+ 11²=  1145=   5*  229=  19²+  28²
 32²+ 13²=  1193 (prime) (ok)
 32²+ 15²=  1249 (prime) (ok)
 32²+ 17²=  1313=  13*  101=  23²+  28²
 32²+ 19²=  1385=   5*  277=   4²+  37²
 32²+ 21²=  1465=   5*  293=  13²+  36²
 32²+ 23²=  1553 (prime) (ok)
 32²+ 25²=  1649=  17*   97=   7²+  40²
 32²+ 27²=  1753 (prime) (ok)
 32²+ 29²=  1865=   5*  373=   4²+  43²
 32²+ 31²=  1985=   5*  397=   7²+  44²
 34²+  1²=  1157=  13*   89=  14²+  31²
 34²+  3²=  1165=   5*  233=  18²+  29²
 34²+  5²=  1181 (prime) (ok)
 34²+  7²=  1205=   5*  241=  23²+  26²
 34²+  9²=  1237 (prime) (ok)
 34²+ 11²=  1277 (prime) (ok)
 34²+ 13²=  1325=   5*  265=  10²+  35²
 34²+ 15²=  1381 (prime) (ok)
 34²+ 19²=  1517=  37*   41=  26²+  29²
 34²+ 21²=  1597 (prime) (ok)
 34²+ 23²=  1685=   5*  337=   2²+  41²
 34²+ 25²=  1781=  13*  137=  10²+  41²
 34²+ 27²=  1885=   5*  377=   6²+  43²
 34²+ 29²=  1997 (prime) (ok)
 34²+ 31²=  2117=  29*   73=   1²+  46²
 34²+ 33²=  2245=   5*  449=   6²+  47²
 36²+  1²=  1297 (prime) (ok)
 36²+  5²=  1321 (prime) (ok)
 36²+  7²=  1345=   5*  269=  16²+  33²
 36²+ 11²=  1417=  13*  109=  24²+  29²
 36²+ 13²=  1465=   5*  293=  21²+  32²
 36²+ 17²=  1585=   5*  317=   8²+  39²
 36²+ 19²=  1657 (prime) (ok)
 36²+ 23²=  1825=   5*  365=  12²+  41²
 36²+ 25²=  1921=  17*  113=  20²+  39²
 36²+ 29²=  2137 (prime) (ok)
 36²+ 31²=  2257=  37*   61=  24²+  41²
 36²+ 35²=  2521 (prime) (ok)
 38²+  1²=  1445=   5*  289=  17²+  34²
 38²+  3²=  1453 (prime) (ok)
 38²+  5²=  1469=  13*  113=  10²+  37²
 38²+  7²=  1493 (prime) (ok)
 38²+  9²=  1525=   5*  305=   2²+  39²
 38²+ 11²=  1565=   5*  313=  14²+  37²
 38²+ 13²=  1613 (prime) (ok)
 38²+ 15²=  1669 (prime) (ok)
 38²+ 17²=  1733 (prime) (ok)
 38²+ 21²=  1885=   5*  377=   6²+  43²
 38²+ 23²=  1973 (prime) (ok)
 38²+ 25²=  2069 (prime) (ok)
 38²+ 27²=  2173=  41*   53=  18²+  43²
 38²+ 29²=  2285=   5*  457=  13²+  46²
 38²+ 31²=  2405=   5*  481=   2²+  49²
 38²+ 33²=  2533=  17*  149=  18²+  47²
 38²+ 35²=  2669=  17*  157=  13²+  50²
 38²+ 37²=  2813=  29*   97=   2²+  53²
 40²+  1²=  1601 (prime) (ok)
 40²+  3²=  1609 (prime) (ok)
 40²+  7²=  1649=  17*   97=  25²+  32²
 40²+  9²=  1681=  41*   41=   0²+  41²
 40²+ 11²=  1721 (prime) (ok)
 40²+ 13²=  1769=  29*   61=  20²+  37²
 40²+ 17²=  1889 (prime) (ok)
 40²+ 19²=  1961=  37*   53=   5²+  44²
 40²+ 21²=  2041=  13*  157=   4²+  45²
 40²+ 23²=  2129 (prime) (ok)
 40²+ 27²=  2329=  17*  137=   5²+  48²
 40²+ 29²=  2441 (prime) (ok)
 40²+ 31²=  2561=  13*  197=  25²+  44²
 40²+ 33²=  2689 (prime) (ok)
 40²+ 37²=  2969 (prime) (ok)
 40²+ 39²=  3121 (prime) (ok)
 42²+  1²=  1765=   5*  353=  26²+  33²
 42²+  5²=  1789 (prime) (ok)
 42²+ 11²=  1885=   5*  377=   6²+  43²
 42²+ 13²=  1933 (prime) (ok)
 42²+ 17²=  2053 (prime) (ok)
 42²+ 19²=  2125=   5*  425=   3²+  46²
 42²+ 23²=  2293 (prime) (ok)
 42²+ 25²=  2389 (prime) (ok)
 42²+ 29²=  2605=   5*  521=   2²+  51²
 42²+ 31²=  2725=   5*  545=  15²+  50²
 42²+ 37²=  3133=  13*  241=  18²+  53²
 42²+ 41²=  3445=   5*  689=   9²+  58²
 44²+  1²=  1937=  13*  149=  16²+  41²
 44²+  3²=  1945=   5*  389=  24²+  37²
 44²+  5²=  1961=  37*   53=  19²+  40²
 44²+  7²=  1985=   5*  397=  31²+  32²
 44²+  9²=  2017 (prime) (ok)
 44²+ 13²=  2105=   5*  421=  16²+  43²
 44²+ 15²=  2161 (prime) (ok)
 44²+ 17²=  2225=   5*  445=   4²+  47²
 44²+ 19²=  2297 (prime) (ok)
 44²+ 21²=  2377 (prime) (ok)
 44²+ 23²=  2465=   5*  493=   8²+  49²
 44²+ 25²=  2561=  13*  197=  31²+  40²
 44²+ 27²=  2665=   5*  533=   8²+  51²
 44²+ 29²=  2777 (prime) (ok)
 44²+ 31²=  2897 (prime) (ok)
 44²+ 35²=  3161=  29*  109=   5²+  56²
 44²+ 37²=  3305=   5*  661=  13²+  56²
 44²+ 39²=  3457 (prime) (ok)
 44²+ 41²=  3617 (prime) (ok)
 44²+ 43²=  3785=   5*  757=   8²+  61²
 46²+  1²=  2117=  29*   73=  31²+  34²
 46²+  3²=  2125=   5*  425=  10²+  45²
 46²+  5²=  2141 (prime) (ok)
 46²+  7²=  2165=   5*  433=  22²+  41²
 46²+  9²=  2197=  13*  169=  26²+  39²
 46²+ 11²=  2237 (prime) (ok)
 46²+ 13²=  2285=   5*  457=  29²+  38²
 46²+ 15²=  2341 (prime) (ok)
 46²+ 17²=  2405=   5*  481=   2²+  49²
 46²+ 19²=  2477 (prime) (ok)
 46²+ 21²=  2557 (prime) (ok)
 46²+ 25²=  2741 (prime) (ok)
 46²+ 27²=  2845=   5*  569=   6²+  53²
 46²+ 29²=  2957 (prime) (ok)
 46²+ 31²=  3077=  17*  181=  26²+  49²
 46²+ 33²=  3205=   5*  641=  17²+  54²
 46²+ 35²=  3341=  13*  257=  29²+  50²
 46²+ 37²=  3485=   5*  697=   2²+  59²
 46²+ 39²=  3637 (prime) (ok)
 46²+ 41²=  3797 (prime) (ok)
 46²+ 43²=  3965=   5*  793=  11²+  62²
 46²+ 45²=  4141=  41*  101=  35²+  54²
 48²+  1²=  2305=   5*  461=  28²+  39²
 48²+  5²=  2329=  17*  137=  27²+  40²
 48²+  7²=  2353=  13*  181=  12²+  47²
 48²+ 11²=  2425=   5*  485=  20²+  45²
 48²+ 13²=  2473 (prime) (ok)
 48²+ 17²=  2593 (prime) (ok)
 48²+ 19²=  2665=   5*  533=   8²+  51²
 48²+ 23²=  2833 (prime) (ok)
 48²+ 25²=  2929=  29*  101=  15²+  52²
 48²+ 29²=  3145=   5*  629=   3²+  56²
 48²+ 31²=  3265=   5*  653=   4²+  57²
 48²+ 35²=  3529 (prime) (ok)
 48²+ 37²=  3673 (prime) (ok)
 48²+ 41²=  3985=   5*  797=   4²+  63²
 48²+ 43²=  4153 (prime) (ok)
 48²+ 47²=  4513 (prime) (ok)
 50²+  1²=  2501=  41*   61=  10²+  49²
 50²+  3²=  2509=  13*  193=  22²+  45²
 50²+  7²=  2549 (prime) (ok)
 50²+  9²=  2581=  29*   89=  30²+  41²
 50²+ 11²=  2621 (prime) (ok)
 50²+ 13²=  2669=  17*  157=  35²+  38²
 50²+ 17²=  2789 (prime) (ok)
 50²+ 19²=  2861 (prime) (ok)
 50²+ 21²=  2941=  17*  173=   5²+  54²
 50²+ 23²=  3029=  13*  233=   2²+  55²
 50²+ 27²=  3229 (prime) (ok)
 50²+ 29²=  3341=  13*  257=  35²+  46²
 50²+ 31²=  3461 (prime) (ok)
 50²+ 33²=  3589=  37*   97=  15²+  58²
 50²+ 37²=  3869=  53*   73=   5²+  62²
 50²+ 39²=  4021 (prime) (ok)
 50²+ 41²=  4181=  37*  113=  34²+  55²
 50²+ 43²=  4349 (prime) (ok)
 50²+ 47²=  4709=  17*  277=  22²+  65²
 50²+ 49²=  4901=  13*  377=   1²+  70²


(Edited.) NOTE: there can be other tests for the case when the odd number is greater than the even one:

  3²+  2²=    13 (prime) (ok)
  5²+  2²=    29 (prime) (ok)
  5²+  4²=    41 (prime) (ok)
  7²+  2²=    53 (prime) (ok)
  7²+  4²=    65=   5*   13=   1²+   8²
  7²+  6²=    85=   5*   17=   2²+   9²
  9²+  2²=    85=   5*   17=   6²+   7²
  9²+  4²=    97 (prime) (ok)
  9²+  8²=   145=   5*   29=   1²+  12²
 11²+  2²=   125=   5*   25=   5²+  10²
 11²+  4²=   137 (prime) (ok)
 11²+  6²=   157 (prime) (ok)
 11²+  8²=   185=   5*   37=   4²+  13²
 11²+ 10²=   221=  13*   17=   5²+  14²
 13²+  2²=   173 (prime) (ok)
 13²+  4²=   185=   5*   37=   8²+  11²
 13²+  6²=   205=   5*   41=   3²+  14²
 13²+  8²=   233 (prime) (ok)
 13²+ 10²=   269 (prime) (ok)
 13²+ 12²=   313 (prime) (ok)
 15²+  2²=   229 (prime) (ok)
 15²+  4²=   241 (prime) (ok)
 15²+  8²=   289=  17*   17=   0²+  17²
 15²+ 14²=   421 (prime) (ok)
 17²+  2²=   293 (prime) (ok)
 17²+  4²=   305=   5*   61=   7²+  16²
 17²+  6²=   325=   5*   65=   1²+  18²
 17²+  8²=   353 (prime) (ok)
 17²+ 10²=   389 (prime) (ok)
 17²+ 12²=   433 (prime) (ok)
 17²+ 14²=   485=   5*   97=   1²+  22²
 17²+ 16²=   545=   5*  109=   4²+  23²
 19²+  2²=   365=   5*   73=  13²+  14²
 19²+  4²=   377=  13*   29=  11²+  16²
 19²+  6²=   397 (prime) (ok)
 19²+  8²=   425=   5*   85=   5²+  20²
 19²+ 10²=   461 (prime) (ok)
 19²+ 12²=   505=   5*  101=   8²+  21²
 19²+ 14²=   557 (prime) (ok)
 19²+ 16²=   617 (prime) (ok)
 19²+ 18²=   685=   5*  137=   3²+  26²
 21²+  2²=   445=   5*   89=  11²+  18²
 21²+  4²=   457 (prime) (ok)
 21²+  8²=   505=   5*  101=  12²+  19²
 21²+ 10²=   541 (prime) (ok)
 21²+ 16²=   697=  17*   41=  11²+  24²
 21²+ 20²=   841=  29*   29=   0²+  29²
 23²+  2²=   533=  13*   41=   7²+  22²
 23²+  4²=   545=   5*  109=  16²+  17²
 23²+  6²=   565=   5*  113=   9²+  22²
 23²+  8²=   593 (prime) (ok)
 23²+ 10²=   629=  17*   37=   2²+  25²
 23²+ 12²=   673 (prime) (ok)
 23²+ 14²=   725=   5*  145=   7²+  26²
 23²+ 16²=   785=   5*  157=   1²+  28²
 23²+ 18²=   853 (prime) (ok)
 23²+ 20²=   929 (prime) (ok)
 23²+ 22²=  1013 (prime) (ok)
 25²+  2²=   629=  17*   37=  10²+  23²
 25²+  4²=   641 (prime) (ok)
 25²+  6²=   661 (prime) (ok)
 25²+  8²=   689=  13*   53=  17²+  20²
 25²+ 12²=   769 (prime) (ok)
 25²+ 14²=   821 (prime) (ok)
 25²+ 16²=   881 (prime) (ok)
 25²+ 18²=   949=  13*   73=   7²+  30²
 25²+ 22²=  1109 (prime) (ok)
 25²+ 24²=  1201 (prime) (ok)
 27²+  2²=   733 (prime) (ok)
 27²+  4²=   745=   5*  149=  13²+  24²
 27²+  8²=   793=  13*   61=   3²+  28²
 27²+ 10²=   829 (prime) (ok)
 27²+ 14²=   925=   5*  185=   5²+  30²
 27²+ 16²=   985=   5*  197=  12²+  29²
 27²+ 20²=  1129 (prime) (ok)
 27²+ 22²=  1213 (prime) (ok)
 27²+ 26²=  1405=   5*  281=   6²+  37²
 29²+  2²=   845=   5*  169=  13²+  26²
 29²+  4²=   857 (prime) (ok)
 29²+  6²=   877 (prime) (ok)
 29²+  8²=   905=   5*  181=  11²+  28²
 29²+ 10²=   941 (prime) (ok)
 29²+ 12²=   985=   5*  197=  16²+  27²
 29²+ 14²=  1037=  17*   61=  19²+  26²
 29²+ 16²=  1097 (prime) (ok)
 29²+ 18²=  1165=   5*  233=   3²+  34²
 29²+ 20²=  1241=  17*   73=   4²+  35²
 29²+ 22²=  1325=   5*  265=  10²+  35²
 29²+ 24²=  1417=  13*  109=  11²+  36²
 29²+ 26²=  1517=  37*   41=  19²+  34²
 29²+ 28²=  1625=   5*  325=   5²+  40²
 31²+  2²=   965=   5*  193=  17²+  26²
 31²+  4²=   977 (prime) (ok)
 31²+  6²=   997 (prime) (ok)
 31²+  8²=  1025=   5*  205=   1²+  32²
 31²+ 10²=  1061 (prime) (ok)
 31²+ 12²=  1105=   5*  221=   4²+  33²
 31²+ 14²=  1157=  13*   89=   1²+  34²
 31²+ 16²=  1217 (prime) (ok)
 31²+ 18²=  1285=   5*  257=  14²+  33²
 31²+ 20²=  1361 (prime) (ok)
 31²+ 22²=  1445=   5*  289=   1²+  38²
 31²+ 24²=  1537=  29*   53=   4²+  39²
 31²+ 26²=  1637 (prime) (ok)
 31²+ 28²=  1745=   5*  349=   8²+  41²
 31²+ 30²=  1861 (prime) (ok)
 33²+  2²=  1093 (prime) (ok)
 33²+  4²=  1105=   5*  221=   9²+  32²
 33²+  8²=  1153 (prime) (ok)
 33²+ 10²=  1189=  29*   41=  17²+  30²
 33²+ 14²=  1285=   5*  257=  18²+  31²
 33²+ 16²=  1345=   5*  269=   7²+  36²
 33²+ 20²=  1489 (prime) (ok)
 33²+ 26²=  1765=   5*  353=   1²+  42²
 33²+ 28²=  1873 (prime) (ok)
 33²+ 32²=  2113 (prime) (ok)
 35²+  2²=  1229 (prime) (ok)
 35²+  4²=  1241=  17*   73=  20²+  29²
 35²+  6²=  1261=  13*   97=  19²+  30²
 35²+  8²=  1289 (prime) (ok)
 35²+ 12²=  1369=  37*   37=   0²+  37²
 35²+ 16²=  1481 (prime) (ok)
 35²+ 18²=  1549 (prime) (ok)
 35²+ 22²=  1709 (prime) (ok)
 35²+ 24²=  1801 (prime) (ok)
 35²+ 26²=  1901 (prime) (ok)
 35²+ 32²=  2249=  13*  173=  20²+  43²
 35²+ 34²=  2381 (prime) (ok)
 37²+  2²=  1373 (prime) (ok)
 37²+  4²=  1385=   5*  277=  19²+  32²
 37²+  6²=  1405=   5*  281=  26²+  27²
 37²+  8²=  1433 (prime) (ok)
 37²+ 10²=  1469=  13*  113=   5²+  38²
 37²+ 12²=  1513=  17*   89=  27²+  28²
 37²+ 14²=  1565=   5*  313=  11²+  38²
 37²+ 16²=  1625=   5*  325=   5²+  40²
 37²+ 18²=  1693 (prime) (ok)
 37²+ 20²=  1769=  29*   61=  13²+  40²
 37²+ 22²=  1853=  17*  109=   2²+  43²
 37²+ 24²=  1945=   5*  389=   3²+  44²
 37²+ 26²=  2045=   5*  409=  14²+  43²
 37²+ 28²=  2153 (prime) (ok)
 37²+ 30²=  2269 (prime) (ok)
 37²+ 32²=  2393 (prime) (ok)
 37²+ 34²=  2525=   5*  505=   5²+  50²
 37²+ 36²=  2665=   5*  533=   8²+  51²
 39²+  2²=  1525=   5*  305=   9²+  38²
 39²+  4²=  1537=  29*   53=  24²+  31²
 39²+  8²=  1585=   5*  317=  17²+  36²
 39²+ 10²=  1621 (prime) (ok)
 39²+ 14²=  1717=  17*  101=   6²+  41²
 39²+ 16²=  1777 (prime) (ok)
 39²+ 20²=  1921=  17*  113=  25²+  36²
 39²+ 22²=  2005=   5*  401=  18²+  41²
 39²+ 28²=  2305=   5*  461=   1²+  48²
 39²+ 32²=  2545=   5*  509=  12²+  49²
 39²+ 34²=  2677 (prime) (ok)
 39²+ 38²=  2965=   5*  593=   7²+  54²
 41²+  2²=  1685=   5*  337=  23²+  34²
 41²+  4²=  1697 (prime) (ok)
 41²+  6²=  1717=  17*  101=  14²+  39²
 41²+  8²=  1745=   5*  349=  28²+  31²
 41²+ 10²=  1781=  13*  137=  25²+  34²
 41²+ 12²=  1825=   5*  365=  15²+  40²
 41²+ 14²=  1877 (prime) (ok)
 41²+ 16²=  1937=  13*  149=   1²+  44²
 41²+ 18²=  2005=   5*  401=  22²+  39²
 41²+ 20²=  2081 (prime) (ok)
 41²+ 22²=  2165=   5*  433=   7²+  46²
 41²+ 24²=  2257=  37*   61=  31²+  36²
 41²+ 26²=  2357 (prime) (ok)
 41²+ 28²=  2465=   5*  493=   8²+  49²
 41²+ 30²=  2581=  29*   89=   9²+  50²
 41²+ 32²=  2705=   5*  541=   1²+  52²
 41²+ 34²=  2837 (prime) (ok)
 41²+ 36²=  2977=  13*  229=  24²+  49²
 41²+ 38²=  3125=   5*  625=  10²+  55²
 41²+ 40²=  3281=  17*  193=  16²+  55²
 43²+  2²=  1853=  17*  109=  22²+  37²
 43²+  4²=  1865=   5*  373=  29²+  32²
 43²+  6²=  1885=   5*  377=  11²+  42²
 43²+  8²=  1913 (prime) (ok)
 43²+ 10²=  1949 (prime) (ok)
 43²+ 12²=  1993 (prime) (ok)
 43²+ 14²=  2045=   5*  409=  26²+  37²
 43²+ 16²=  2105=   5*  421=  13²+  44²
 43²+ 18²=  2173=  41*   53=  27²+  38²
 43²+ 20²=  2249=  13*  173=  32²+  35²
 43²+ 22²=  2333 (prime) (ok)
 43²+ 24²=  2425=   5*  485=  11²+  48²
 43²+ 26²=  2525=   5*  505=   5²+  50²
 43²+ 28²=  2633 (prime) (ok)
 43²+ 30²=  2749 (prime) (ok)
 43²+ 32²=  2873=  13*  221=   8²+  53²
 43²+ 34²=  3005=   5*  601=  14²+  53²
 43²+ 36²=  3145=   5*  629=   3²+  56²
 43²+ 38²=  3293=  37*   89=  22²+  53²
 43²+ 40²=  3449 (prime) (ok)
 43²+ 42²=  3613 (prime) (ok)
 45²+  2²=  2029 (prime) (ok)
 45²+  4²=  2041=  13*  157=  21²+  40²
 45²+  8²=  2089 (prime) (ok)
 45²+ 14²=  2221 (prime) (ok)
 45²+ 16²=  2281 (prime) (ok)
 45²+ 22²=  2509=  13*  193=   3²+  50²
 45²+ 26²=  2701=  37*   73=  10²+  51²
 45²+ 28²=  2809=  53*   53=   0²+  53²
 45²+ 32²=  3049 (prime) (ok)
 45²+ 34²=  3181 (prime) (ok)
 45²+ 38²=  3469 (prime) (ok)
 45²+ 44²=  3961=  17*  233=  19²+  60²
 47²+  2²=  2213 (prime) (ok)
 47²+  4²=  2225=   5*  445=  17²+  44²
 47²+  6²=  2245=   5*  449=  33²+  34²
 47²+  8²=  2273 (prime) (ok)
 47²+ 10²=  2309 (prime) (ok)
 47²+ 12²=  2353=  13*  181=   7²+  48²
 47²+ 14²=  2405=   5*  481=   2²+  49²
 47²+ 16²=  2465=   5*  493=   8²+  49²
 47²+ 18²=  2533=  17*  149=  33²+  38²
 47²+ 20²=  2609 (prime) (ok)
 47²+ 22²=  2693 (prime) (ok)
 47²+ 24²=  2785=   5*  557=   9²+  52²
 47²+ 26²=  2885=   5*  577=  22²+  49²
 47²+ 28²=  2993=  41*   73=  17²+  52²
 47²+ 30²=  3109 (prime) (ok)
 47²+ 32²=  3233=  53*   61=  23²+  52²
 47²+ 34²=  3365=   5*  673=   1²+  58²
 47²+ 36²=  3505=   5*  701=  16²+  57²
 47²+ 38²=  3653=  13*  281=  17²+  58²
 47²+ 40²=  3809=  13*  293=  28²+  55²
 47²+ 42²=  3973=  29*  137=   2²+  63²
 47²+ 44²=  4145=   5*  829=   7²+  64²
 47²+ 46²=  4325=   5*  865=  10²+  65²
 49²+  2²=  2405=   5*  481=  14²+  47²
 49²+  4²=  2417 (prime) (ok)
 49²+  6²=  2437 (prime) (ok)
 49²+  8²=  2465=   5*  493=  16²+  47²
 49²+ 10²=  2501=  41*   61=   1²+  50²
 49²+ 12²=  2545=   5*  509=  32²+  39²
 49²+ 16²=  2657 (prime) (ok)
 49²+ 18²=  2725=   5*  545=  15²+  50²
 49²+ 20²=  2801 (prime) (ok)
 49²+ 22²=  2885=   5*  577=  26²+  47²
 49²+ 24²=  2977=  13*  229=  36²+  41²
 49²+ 26²=  3077=  17*  181=  31²+  46²
 49²+ 30²=  3301 (prime) (ok)
 49²+ 32²=  3425=   5*  685=  17²+  56²
 49²+ 34²=  3557 (prime) (ok)
 49²+ 36²=  3697 (prime) (ok)
 49²+ 38²=  3845=   5*  769=   1²+  62²
 49²+ 40²=  4001 (prime) (ok)
 49²+ 44²=  4337 (prime) (ok)
 49²+ 46²=  4517 (prime) (ok)
 49²+ 48²=  4705=   5*  941=   9²+  68²
 51²+  2²=  2605=   5*  521=  29²+  42²
 51²+  4²=  2617 (prime) (ok)
 51²+  8²=  2665=   5*  533=  19²+  48²
 51²+ 10²=  2701=  37*   73=  26²+  45²
 51²+ 14²=  2797 (prime) (ok)
 51²+ 16²=  2857 (prime) (ok)
 51²+ 20²=  3001 (prime) (ok)
 51²+ 22²=  3085=   5*  617=  13²+  54²
 51²+ 26²=  3277=  29*  113=  19²+  54²
 51²+ 28²=  3385=   5*  677=  24²+  53²
 51²+ 32²=  3625=   5*  725=   5²+  60²
 51²+ 38²=  4045=   5*  809=  18²+  61²
 51²+ 40²=  4201 (prime) (ok)
 51²+ 44²=  4537=  13*  349=  21²+  64²
 51²+ 46²=  4717=  53*   89=  19²+  66²
 51²+ 50²=  5101 (prime) (ok)


Thus the time has come to prove this conjecture mathematically... At first, we suppose that S is the sum of two "other" square numbers, and we prove that it comes from this that S is not prime. So our supposition is:

S=(2k)²+(2j+1)²=(2m)²+(2n+1)² 
gcd(2k,2j+1)=1

First we convert the first equation to the following form:

(x-y)²+(z+v)²=(x+y)²+(z-v)²

where (z+v) is the greatest of the terms (2k), (2j+1), (2m) and (2n+1), and (z-v) is the other term which has the same parity as (z+v). This can be done, as (say) the following system of equations has one solution:

x-y=2k
z+v=2j+1
x+y=2m
z-v=2n+1

And it can be solved easily for x,y,z,v (they can be given in such a way that x>=1, z>=1,y>=1,v>=1, if -say- m>k and j>n):

x=k+m
z=j+n+1
y=m-k
v=j-n

Thus we can work with the variables x,y,z,v from now on. We can transform our equation in the following way:

(x-y)²+(z+v)²=(x+y)²+(z-v)²
x²+y²+z²+v²-2xy+2zv=x²+y²+z²+v²+2xy-2zv
4zv=4xy
zv=xy

... and using this identity, we can substitute it back into our equation, we get:

S=(x-y)²+(z+v)²=(x+y)²+(z-v)²=x²+y²+z²+v²

But it's still more interesting to us that T=z*v=x*y. In the prime factors of this product (T), some are element(s) of the set of factors of z, some are element(s) of the set of factors of v... and some are of x and some are of y. These four sets intersect in four subsets, which may be called a, b, c and d:


Thus we can write (say) the following system of equations:

x=ac
y=bd
z=ad
v=bc

Afterwards, we can square all equations the following way:

x²=a²c²
y²=b²d²
z²=a²d²
v²=b²c²

Adding them together gives:

S=x²+y²+z²+v²=a²c²+b²d²+a²d²+b²c²=(a²+b²)(c²+d²)=S

And we can reckon that this is equal to the sum S. As a, b, c and d are at least 1, S is a composite number, not prime. I've used the Brahmagupta-Fibonacci identity (otherwise called the Diophantus identity) when proving this part of the conjecture. (We can use the rule of contraposition to show that if S is prime, then it is not the sum of two other square numbers.) Note: the Brahmagupta-Fibonacci identity is this (can be proven by simple algebra):

(a²+b²)(c²+d²)=(ac-bd)²+(ad+bc)²=(ac+bd)²+(ad-bc)²

The other part of the conjecture seemed to be more tricky. This says that if S is not prime, then S is the sum of two other square numbers. Thus the following is supposed:

S=(2k)²+(2j+1)²=e*f
gcd(2k,2j+1)=1
 e>1,f>1,k>=1,j>=0

... and we must prove that e*f is of the form:


e=a²+b² 
f=c²+d²

If we managed to prove this, it would come from the "Brahmagupta-Fibonacci identity" that S can be expressed as the sums of two squares two ways, one of which may be different from (2k)²+(2j+1)², proving this part of the conjecture. Now what? :-) I've found some interesting theorems in WikiPedia that are related. These are the following:
Now what? :-) The "Sum of two squares theorem" says that:
An integer greater than one can be written as a sum of two squares if and only if its prime decomposition contains no prime congruent to 3 modulo 4 raised to an odd power.
(https://en.wikipedia.org/wiki/Sum_of_two_squares_theorem#cite_note-1
Underwood Dudley (1978). Elementary Number Theory (2 ed.). W.H. Freeman and Company.)


Now S can be written as a sum of two squares, so in its prime decomposition all possible primes of the form (4p+3) are squared. Let the product of all of these be s². If s² is not a divisor of either e or f, then let's redefine e and f in such a way that e should be divisible by s² and f should also have some divisors of the form (4p+1). (If all that we have were only s², then S would be the sum of s² and 0², proving our conjecture, or if this were the same as our initial condition, then k>=1 would not hold.) According to "Fermat's theorem on sums of two squares", all the other primes of the form (4p+1) can be expressed as t²+u². According to the Brahmagupta-Fibonacci identity, when we multiply one such prime with another, the result can also be expressed as t²+u². In summary, this makes e of the form e=s²t²+s²u² and f=q²+r². Thus we have reached our desired goal that:

e=a²+b² 
f=c²+d²

... and the Brahmagupta-Fibonacci identity proves the second part of the conjecture. (We can use the rule of contraposition to show that if S is not the sum of two other square numbers, then the number is prime.)
There is another interesting theorem worth mentioning here, Lagrange's four-square theorem. I hoped that it might help proving the Goldbach conjecture (with the result in this blog post), but it turned out not to be that case.

(Edited.) NOTE: The conjecture is not true when one of the square numbers is 0. I've discovered it when checking my post, and after modifying my C program I also get some counterexamples:

  3²+  0²=     9=   3*    3 (ok)
  7²+  0²=    49=   7*    7 (ok)
  9²+  0²=    81=   3*   27 (ok)
 11²+  0²=   121=  11*   11 (ok)


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