enero 2020 – Exercitium

Acotación del primorial

PorJosé A. Alonso 31-enero-20207-febrero-2020

El primorial de un número natural n es el producto de todos los números primos menores o iguales a n. Por ejemplo, el primorial de 5 es 30 porque el producto de los primos menores o iguales que 5 es

   2 * 3 * 5 = 30

1	2 * 3 * 5 = 30

La propiedad de Erdös de acotación de los primoriales afirma que

Para todo número natural n, su primorial es menor o igual que 4ⁿ.

Definir las funciones

   primorial :: Integer -> Integer
   primoriales :: [Integer]

1 2	primorial :: Integer -> Integer primoriales :: [Integer]

tales que

(primorial n) es el primorial de n. Por ejemplo,

     primorial 3  ==  6
     primorial 5  ==  30
     primorial 8  ==  210

primorial 3 == 6

primorial 5 == 30

primorial 8 == 210

primoriales es la sucesión de los primoriales. Por ejemplo,

   λ> take 15 primoriales
   [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

1 2	λ> take 15 primoriales [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

Comprobar con QuickCheck la propiedad de Erdös de acotación de los primoriales.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de primorial
-- ==========================

primorial :: Integer -> Integer
primorial n = product (takeWhile (<= n) primes)

-- 2ª definición de primorial
-- ==========================

primorial2 :: Integer -> Integer
primorial2 0 = 1
primorial2 n | gcd n x == 1 = n*x
             | otherwise    = x
  where x = primorial2 (n-1)

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> length (show (primorial (5*10^5)))
--    216852
--    (1.65 secs, 2,472,977,584 bytes)
--    λ> length (show (primorial2 (5*10^5)))
--    216852
--    (3.56 secs, 2,719,162,272 bytes)

-- 1ª definición de primoriales
-- ============================

--    λ> take 15 primoriales
--    [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]
primoriales :: [Integer]
primoriales = map primorial [0..]

-- 2ª definición de primoriales
-- ============================

--    λ> take 15 primoriales2
--    [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]
primoriales2 :: [Integer]
primoriales2 = map primorial2 [0..]

-- 3ª definición de primoriales
-- ============================

--    λ> take 15 primoriales3
--    [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]
primoriales3 :: [Integer]
primoriales3 = scanl1 f [1..]
  where f x n | gcd n x == 1 = n*x
              | otherwise    = x

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> minimum (take 5000 primoriales)
--    1
--    (1.56 secs, 4,857,760,464 bytes)
--    λ> minimum (take 5000 primoriales2)
--    1
--    (9.39 secs, 10,942,848,240 bytes)
--    λ> minimum (take 5000 primoriales3)
--    1
--    (0.01 secs, 5,575,024 bytes)
--    
--    λ> minimum (take 6000 primoriales)
--    1
--    (2.22 secs, 7,013,937,248 bytes)
--    λ> minimum (take 6000 primoriales3)
--    1
--    (0.01 secs, 6,737,328 bytes)

-- Propiedad
-- =========

prop_primorial :: Integer -> Property
prop_primorial n =
  n >= 0 ==> primorial n <= 4^n

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_primorial
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.Numbers.Primes

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de primorial

-- ==========================

primorial :: Integer -> Integer

primorial n = product (takeWhile (<= n) primes)

-- 2ª definición de primorial

-- ==========================

primorial2 :: Integer -> Integer

primorial2 0 = 1

primorial2 n | gcd n x == 1 = n*x

| otherwise = x

where x = primorial2 (n-1)

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> length (show (primorial (5*10^5)))

-- 216852

-- (1.65 secs, 2,472,977,584 bytes)

-- λ> length (show (primorial2 (5*10^5)))

-- 216852

-- (3.56 secs, 2,719,162,272 bytes)

-- 1ª definición de primoriales

-- ============================

-- λ> take 15 primoriales

-- [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

primoriales :: [Integer]

primoriales = map primorial [0..]

-- 2ª definición de primoriales

-- ============================

-- λ> take 15 primoriales2

-- [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

primoriales2 :: [Integer]

primoriales2 = map primorial2 [0..]

-- 3ª definición de primoriales

-- ============================

-- λ> take 15 primoriales3

-- [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

primoriales3 :: [Integer]

primoriales3 = scanl1 f [1..]

where f x n | gcd n x == 1 = n*x

| otherwise = x

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> minimum (take 5000 primoriales)

-- 1

-- (1.56 secs, 4,857,760,464 bytes)

-- λ> minimum (take 5000 primoriales2)

-- 1

-- (9.39 secs, 10,942,848,240 bytes)

-- λ> minimum (take 5000 primoriales3)

-- 1

-- (0.01 secs, 5,575,024 bytes)

-- λ> minimum (take 6000 primoriales)

-- 1

-- (2.22 secs, 7,013,937,248 bytes)

-- λ> minimum (take 6000 primoriales3)

-- 1

-- (0.01 secs, 6,737,328 bytes)

-- Propiedad

-- =========

prop_primorial :: Integer -> Property

prop_primorial n =

n >= 0 ==> primorial n <= 4^n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_primorial

-- +++ OK, passed 100 tests.

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

Pensamiento

«Las matemáticas son la reina de las ciencias y la teoría de los números es la reina de las matemáticas.»

Carl Friedrich Gauss.

Longitud de la parte periódica

PorJosé A. Alonso 30-enero-202026-marzo-2022

La propiedad de la longitud de la parte periódica afirma que

Si p es un número primo distinto de 2 y de 5, entonces la longitud del período de 1/p es el menor entero positivo n tal que p divide a $10^n - 1$ .

El objetivo de este ejercicio es la verificación de dicha propiedad.

Las fracciones se representan por un par de enteros. Por ejemplo, el número 2/3 se representa por (2,3). Su tipo es

   type Fraccion = (Integer,Integer)

1	type Fraccion = (Integer,Integer)

Los números decimales se representan por ternas, donde el primer elemento es la parte entera, el segundo es el anteperíodo y el tercero es el período. Por ejemplo,

 6/2  = 3                  se representa por (3,[],[])
 1/2  = 0.5                se representa por (0,[5],[])
 1/3  = 0.333333...        se representa por (0,[],[3])  
23/14 = 1.6428571428571... se representa por (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

6/2 = 3 se representa por (3,[],[])

1/2 = 0.5 se representa por (0,[5],[])

1/3 = 0.333333... se representa por (0,[],[3])

23/14 = 1.6428571428571... se representa por (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

Su tipo es

   type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

1	type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

Definir, usando las funciones cocientesRestos y primerRepetido de los ejercicios anteriores, las funciones

   decimal :: Fraccion -> Decimal
   longitudPeriodo :: Fraccion -> Integer

1 2	decimal :: Fraccion -> Decimal longitudPeriodo :: Fraccion -> Integer

tales que

(decimal f) es la representación decimal de la fracción f. Por ejemplo,

     decimal (6,2)          ==  (3,[],[])
     decimal (3,4)          ==  (0,[7,5],[])
     decimal (1,3)          ==  (0,[],[3])
     decimal (23,14)        ==  (1,[6],[4,2,8,5,7,1])
     decimal (247813,19980) ==  (12,[4,0],[3,0,5])
     decimal (1,101)        ==  (0,[],[0,0,9,9])

decimal (6,2) == (3,[],[])

decimal (3,4) == (0,[7,5],[])

decimal (1,3) == (0,[],[3])

decimal (23,14) == (1,[6],[4,2,8,5,7,1])

decimal (247813,19980) == (12,[4,0],[3,0,5])

decimal (1,101) == (0,[],[0,0,9,9])

(longitudPeriodo f) es la longitud de la parte periódica de la representación decimal de la fracción f. Por ejemplo,

     longitudPeriodo (6,2)           ==  0
     longitudPeriodo (3,4)           ==  0
     longitudPeriodo (1,3)           ==  1
     longitudPeriodo (23,14)         ==  6
     longitudPeriodo (247813,19980)  ==  3
     longitudPeriodo (1,101)         ==  4
     longitudPeriodo (1,1229)        ==  1228

longitudPeriodo (6,2) == 0

longitudPeriodo (3,4) == 0

longitudPeriodo (1,3) == 1

longitudPeriodo (23,14) == 6

longitudPeriodo (247813,19980) == 3

longitudPeriodo (1,101) == 4

longitudPeriodo (1,1229) == 1228

Comprobar con QuickCheck la propiedad de la longitud de la parte periódica; es decir, k es un número natural distinto de 0 y 2 y p es el primo k-ésimo, entonces la longitud del período de 1/p es el menor entero positivo n tal que p divide a $10^n - 1$ ..

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Test.QuickCheck

type Fraccion = (Integer,Integer)
type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

decimal :: Fraccion -> Decimal
decimal (n,d) 
  | snd y == 0 = (fst x, map fst xs, [])
  | otherwise  = (fst x, map fst xs, map fst (y:zs))
  where
    qrs         = cocientesRestos (n,d)
    Just (q,r)  = primerRepetido qrs
    (x:xs,y:ys) = break (==(q,r)) qrs
    zs          = takeWhile (/=(q,r)) ys

cocientesRestos :: Fraccion -> [(Integer,Integer)]
cocientesRestos (n,d) =
  (q,r) : cocientesRestos (10*r, d)
  where (q,r) = quotRem n d

primerRepetido :: Eq a => [a] -> Maybe a
primerRepetido xs = aux xs []
  where
    aux [] _                     = Nothing
    aux (x:xs') ys | x `elem` ys = Just x
                   | otherwise   = aux xs' (x:ys) 

longitudPeriodo :: Fraccion -> Int
longitudPeriodo (n,d) = length xs
  where (_,_,xs) = decimal (n,d)

-- La propiedad es
prop_LongitudPeriodo :: Int -> Property
prop_LongitudPeriodo k =
  k > 0 && k /= 2 
  ==>
  longitudPeriodo (1,p) ==
  head [n | n <- [1..], (10^n-1) `mod` p == 0]
  where p = primes !! k

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_LongitudPeriodo
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.Numbers.Primes

import Test.QuickCheck

type Fraccion = (Integer,Integer)

type Decimal = (Integer,[Integer],[Integer])

decimal :: Fraccion -> Decimal

decimal (n,d)

| snd y == 0 = (fst x, map fst xs, [])

| otherwise = (fst x, map fst xs, map fst (y:zs))

where

qrs = cocientesRestos (n,d)

Just (q,r) = primerRepetido qrs

(x:xs,y:ys) = break (==(q,r)) qrs

zs = takeWhile (/=(q,r)) ys

cocientesRestos :: Fraccion -> [(Integer,Integer)]

cocientesRestos (n,d) =

(q,r) : cocientesRestos (10*r, d)

where (q,r) = quotRem n d

primerRepetido :: Eq a => [a] -> Maybe a

primerRepetido xs = aux xs []

where

aux [] _ = Nothing

aux (x:xs') ys | x `elem` ys = Just x

| otherwise = aux xs' (x:ys)

longitudPeriodo :: Fraccion -> Int

longitudPeriodo (n,d) = length xs

where (_,_,xs) = decimal (n,d)

-- La propiedad es

prop_LongitudPeriodo :: Int -> Property

prop_LongitudPeriodo k =

k > 0 && k /= 2

==>

longitudPeriodo (1,p) ==

head [n | n <- [1..], (10^n-1) `mod` p == 0]

where p = primes !! k

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_LongitudPeriodo

-- +++ OK, passed 100 tests.

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

Pensamiento

«En el desarrollo de la comprensión de los fenómenos complejos, la herramienta más poderosa de que dispone el intelecto humano es la abstracción. La abstracción surge del reconocimiento de las similitudes entre ciertos objetos, situaciones o procesos en el mundo real y de la decisión de concentrarse en estas similitudes e ignorar, por el momento, sus diferencias.»

Tony Hoare

Cocientes y restos de la transformación decimal

PorJosé A. Alonso 29-enero-20205-febrero-2020

La transformación de una fracción en un número decimal se realiza mediante una sucesión de divisiones. Por ejemplo, para transformar a decimal la fracción

   247813    |19980
  -19980     ---------------
  -------     12.40305305...
    48013
   -39960
   ------
     80530
    -79920
    ------
       6100
      -   0
      -----
       61000
      -59940
      ------
        10600
       -    0
       ------
        106000
       - 99900
       -------
          61000
          -59940
          ------
           10600
          -    0
          ------
          106000
         - 99900
         -------
           61000

247813 |19980

-19980 ---------------

------- 12.40305305...

48013

-39960

------

80530

-79920

------

6100

- 0

-----

61000

-59940

------

10600

- 0

------

106000

- 99900

-------

61000

-59940

------

10600

- 0

------

106000

- 99900

-------

61000

La transformación anterior se puede representar mediante la siguiente lista de cocientes y restos

   [(12,8053),(4,610),(0,6100),(3,1060),(0,10600),(5,6100),
                               (3,1060),(0,10600),(5,6100)]

1 2	[(12,8053),(4,610),(0,6100),(3,1060),(0,10600),(5,6100), (3,1060),(0,10600),(5,6100)]

Definir la función

   cocientesRestos :: (Integer,Integer) -> [(Integer,Integer)]

1	cocientesRestos :: (Integer,Integer) -> [(Integer,Integer)]

tal que (cocientesRestos (n,d)) es la lista de los cocientes y restos de la transformación decimal de la fracción n/d como se ha indicado anteriormente. Por ejemplo,

   λ> take 9 (cocientesRestos (247813,19980))
   [(12,8053),(4,610),(0,6100),(3,1060),(0,10600),(5,6100),
                               (3,1060),(0,10600),(5,6100)]
   λ> take 10 (cocientesRestos (6,2))
   [(3,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0)]
   λ> take 10 (cocientesRestos (1,2))
   [(0,1),(5,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0)]
   λ> take 10 (cocientesRestos (1,3))
   [(0,1),(3,1),(3,1),(3,1),(3,1),(3,1),(3,1),(3,1),(3,1),(3,1)]
   λ> take 10 (cocientesRestos (23,14))
   [(1,9),(6,6),(4,4),(2,12),(8,8),(5,10),(7,2),(1,6),(4,4),(2,12)]

λ> take 9 (cocientesRestos (247813,19980))

[(12,8053),(4,610),(0,6100),(3,1060),(0,10600),(5,6100),

(3,1060),(0,10600),(5,6100)]

λ> take 10 (cocientesRestos (6,2))

[(3,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0)]

λ> take 10 (cocientesRestos (1,2))

[(0,1),(5,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0),(0,0)]

λ> take 10 (cocientesRestos (1,3))

[(0,1),(3,1),(3,1),(3,1),(3,1),(3,1),(3,1),(3,1),(3,1),(3,1)]

λ> take 10 (cocientesRestos (23,14))

[(1,9),(6,6),(4,4),(2,12),(8,8),(5,10),(7,2),(1,6),(4,4),(2,12)]

Soluciones

cocientesRestos :: (Integer,Integer) -> [(Integer,Integer)]
cocientesRestos (n,d) =
  (q,r) : cocientesRestos (10*r, d)
  where (q,r) = quotRem n d

cocientesRestos :: (Integer,Integer) -> [(Integer,Integer)]

cocientesRestos (n,d) =

(q,r) : cocientesRestos (10*r, d)

where (q,r) = quotRem n d

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

Pensamiento

«Hay dos maneras de diseñar un software. Una forma es hacerlo tan simple que obviamente no haya deficiencias. Y la otra forma es hacerlo tan complicado que no haya deficiencias obvias.»

Tony Hoare.

Primer elemento repetido

PorJosé A. Alonso 28-enero-202026-marzo-2022

Definir la función

   primerRepetido :: Eq a => [a] -> Maybe a

1	primerRepetido :: Eq a => [a] -> Maybe a

tal que (primerRepetido xs) es justo el primer elemento repetido de la lista xs o Nothing si no tiene elementos repetidos. Por ejemplo,

   primerRepetido [3,7,5,7,2]  ==  Just 7
   primerRepetido [3,9,5,6,2]  ==  Nothing

1 2	primerRepetido [3,7,5,7,2] == Just 7 primerRepetido [3,9,5,6,2] == Nothing

Soluciones

primerRepetido :: Eq a => [a] -> Maybe a
primerRepetido xs = aux xs []
  where
    aux [] _                     = Nothing
    aux (x:xs') ys | x `elem` ys = Just x
                   | otherwise   = aux xs' (x:ys)

primerRepetido :: Eq a => [a] -> Maybe a

primerRepetido xs = aux xs []

where

aux [] _ = Nothing

aux (x:xs') ys | x `elem` ys = Just x

| otherwise = aux xs' (x:ys)

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

Pensamiento

«¿Cuál es el núcleo central de la ciencia de la computación? ¿Qué es lo que lo diferencia de los otros temas con los que se relaciona? ¿Qué es lo que el hilo de unión que reúne estas ramas dispares en una sola disciplina? Mi respuesta a estas preguntas es simple: es el arte de programar un ordenador. Es el arte de diseñar métodos eficientes y elegantes para conseguir que un ordenador resuelva problemas, teóricos o prácticos, pequeños o grandes, simples o complejos. Es el arte de traducir estos diseños programas correctos y eficientes.»

Tony Hoare.

La conjetura de Mertens

PorJosé A. Alonso 27-enero-20203-febrero-2020

Un número entero n es libre de cuadrados si no existe un número primo p tal que p² divide a n; es decir, los factores primos de n son todos distintos.

La función de Möbius μ(n) está definida para todos los enteros positivos como sigue:

μ(n) = 1 si n es libre de cuadrados y tiene un número par de factores primos.
μ(n) = -1 si n es libre de cuadrados y tiene un número impar de factores primos.
μ(n) = 0 si n no es libre de cuadrados.

Sus primeros valores son 1, -1, -1, 0, -1, 1, -1, 0, 0, 1, …

La función de Mertens M(n) está definida para todos los enteros positivos como la suma de μ(k) para 1 ≤ k ≤ n. Sus primeros valores son 1, 0, -1, -1, -2, -1, -2, -2, …

La conjetura de Mertens afirma que

Para todo entero x mayor que 1, el valor absoluto de la función de Mertens en x es menor que la raíz cuadrada de x.

La conjetura fue planteada por Franz Mertens en 1897. Riele Odlyzko, demostraronen 1985 que la conjetura de Mertens deja de ser cierta más o menos a partir de $10^{10^{64}}$ , cifra que luego de algunos refinamientos se redujo a $10^{10^{40}}$ .

Definir las funciones

   mobius :: Integer -> Integer
   mertens :: Integer -> Integer
   graficaMertens :: Integer -> IO ()

mobius :: Integer -> Integer

mertens :: Integer -> Integer

graficaMertens :: Integer -> IO ()

tales que

(mobius n) es el valor de la función de Möbius en n. Por ejemplo,

     mobius 6   ==  1
     mobius 30  ==  -1
     mobius 12  ==  0

mobius 6 == 1

mobius 30 == -1

mobius 12 == 0

(mertens n) es el valor de la función de Mertens en n. Por ejemplo,

     mertens 1     ==  1
     mertens 2     ==  0
     mertens 3     ==  -1
     mertens 5     ==  -2
     mertens 661   ==  -11
     mertens 1403  ==  11

mertens 1 == 1

mertens 2 == 0

mertens 3 == -1

mertens 5 == -2

mertens 661 == -11

mertens 1403 == 11

(graficaMertens n) dibuja la gráfica de la función de Mertens, la raíz cuadrada y el opuestos de la raíz cuadrada para los n primeros n enteros positivos. Por ejemplo, (graficaMertens 1000) dibuja

Comprobar con QuickCheck la conjetura de Mertens.

Nota: El ejercicio está basado en La conjetura de Merterns y su relación con un número tan raro como extremada y colosalmente grande publicado por @Alvy la semana pasada en Microsiervos.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Test.QuickCheck
import Graphics.Gnuplot.Simple

mobius :: Integer -> Integer
mobius n | tieneRepetidos xs = 0
         | otherwise         = (-1)^(length xs)
  where xs = primeFactors n

tieneRepetidos :: [Integer] -> Bool
tieneRepetidos xs =
  or [x == y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]
        
mertens :: Integer -> Integer
mertens n = sum (map mobius [1..n])

-- Definición de graficaMertens
-- ============================

graficaMertens :: Integer -> IO ()
graficaMertens n = do
  plotLists [ Key Nothing
            , Title "Conjetura de Mertens"
            , PNG "La_conjetura_de_Mertens.png"
            ]
            [ [mertens k | k <- [1..n]]
            , raices
            , map negate raices
            ]
    
  where
    raices = [ceiling (sqrt k) | k <- [1..fromIntegral n]]

-- Conjetura de Mertens
-- ====================

-- La conjetura es
conjeturaDeMertens :: Integer -> Property
conjeturaDeMertens n =
  n > 1
  ==>
  abs (mertens n) < ceiling (sqrt n')
  where n' = fromIntegral n

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck conjeturaDeMertens
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Test.QuickCheck

import Graphics.Gnuplot.Simple

mobius :: Integer -> Integer

mobius n | tieneRepetidos xs = 0

| otherwise = (-1)^(length xs)

where xs = primeFactors n

tieneRepetidos :: [Integer] -> Bool

tieneRepetidos xs =

or [x == y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

mertens :: Integer -> Integer

mertens n = sum (map mobius [1..n])

-- Definición de graficaMertens

-- ============================

graficaMertens :: Integer -> IO ()

graficaMertens n = do

plotLists [ Key Nothing

, Title "Conjetura de Mertens"

, PNG "La_conjetura_de_Mertens.png"

]

[ [mertens k | k <- [1..n]]

, raices

, map negate raices

]

where

raices = [ceiling (sqrt k) | k <- [1..fromIntegral n]]

-- Conjetura de Mertens

-- ====================

-- La conjetura es

conjeturaDeMertens :: Integer -> Property

conjeturaDeMertens n =

n > 1

==>

abs (mertens n) < ceiling (sqrt n')

where n' = fromIntegral n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck conjeturaDeMertens

-- +++ OK, passed 100 tests.

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

Pensamiento

«El control de la complejidad es la esencia de la programación informática.»

Brian Kernighan.

Productos de sumas de cuatro cuadrados

PorJosé A. Alonso 24-enero-202031-enero-2020

Definir la función

   productoSuma4Cuadrados :: Integral a => [a] -> [a] -> [a] -> [a] -> a

1	productoSuma4Cuadrados :: Integral a => [a] -> [a] -> [a] -> [a] -> a

tal que (productoSuma4Cuadrados as bs cs ds) es el producto de las sumas de los cuadrados de cada una de las listas que ocupan la misma posición (hasta que alguna se acaba). Por ejemplo,

   productoSuma4Cuadrados [2,3] [1,5] [4,6] [0,3,9]
   = (2² + 1² + 4² + 0²) * (3² + 5² + 6² + 3²)
   = (4 +  1 + 16  + 0)  * (9 + 25 + 36  + 9)
   = 1659

productoSuma4Cuadrados [2,3] [1,5] [4,6] [0,3,9]

= (2² + 1² + 4² + 0²) * (3² + 5² + 6² + 3²)

= (4 + 1 + 16 + 0) * (9 + 25 + 36 + 9)

= 1659

Comprobar con QuickCheckWith que si as, bs cs y ds son listas no vacías de enteros positivos, entonces (productoSuma4Cuadrados as bs cs ds) se puede escribir como la suma de los cuadrados de cuatro enteros positivos.

Soluciones

import Data.List (zip4)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

productoSuma4Cuadrados :: Integral a => [a] -> [a] -> [a] -> [a] -> a
productoSuma4Cuadrados (a:as) (b:bs) (c:cs) (d:ds) =
  (a^2+b^2+c^2+d^2) * productoSuma4Cuadrados as bs cs ds
productoSuma4Cuadrados _ _ _ _ = 1

-- 2ª solución
-- ===========

productoSuma4Cuadrados2 :: Integral a => [a] -> [a] -> [a] -> [a] -> a
productoSuma4Cuadrados2 as bs cs ds =
  product [a^2 + b^2 + c^2 + d^2 | (a,b,c,d) <- zip4 as bs cs ds]

-- Propiedad
-- =========

-- La propiedad es
prop_productoSuma4Cuadrados ::
  [Integer] -> [Integer] -> [Integer] -> [Integer] -> Property
prop_productoSuma4Cuadrados as bs cs ds =
  all (not . null) [as, bs, cs, ds]
  ==> 
  esSuma4Cuadrados (productoSuma4Cuadrados as' bs' cs' ds')
  where as' = [1 + abs a | a <- as]
        bs' = [1 + abs b | b <- bs]
        cs' = [1 + abs c | c <- cs]
        ds' = [1 + abs d | d <- ds]

-- (esSuma4Cuadrados n) se verifica si n es la suma de 4 cuadrados. Por
-- ejemplo, 
--    esSuma4Cuadrados 42  ==  True
--    esSuma4Cuadrados 11  ==  False
--    esSuma4Cuadrados 41  ==  False
esSuma4Cuadrados :: Integer -> Bool
esSuma4Cuadrados = not . null . sumas4Cuadrados

-- (sumas4Cuadrados n) es la lista de las descomposiciones de n como
-- sumas de 4 cuadrados. Por ejemplo,
--    sumas4Cuadrados 42  ==  [(16,16,9,1),(25,9,4,4),(36,4,1,1)]
sumas4Cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]
sumas4Cuadrados n =
  [(a^2,b^2,c^2,d) | a <- [1 .. floor (sqrt (fromIntegral n / 4))]
                   , b <- [a .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2) / 3))]
                   , c <- [b .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2-b^2) / 2))]
                   , let d = n - a^2 - b^2 - c^2
                   , c^2 <= d 
                   , esCuadrado d]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = x == y * y
  where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz 25  ==  5
--    raiz 24  ==  4
--    raiz 26  ==  5
raiz :: Integer -> Integer
raiz x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=5}) prop_productoSuma4Cuadrados
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (zip4)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

-- ===========

productoSuma4Cuadrados :: Integral a => [a] -> [a] -> [a] -> [a] -> a

productoSuma4Cuadrados (a:as) (b:bs) (c:cs) (d:ds) =

(a^2+b^2+c^2+d^2) * productoSuma4Cuadrados as bs cs ds

productoSuma4Cuadrados _ _ _ _ = 1

-- 2ª solución

-- ===========

productoSuma4Cuadrados2 :: Integral a => [a] -> [a] -> [a] -> [a] -> a

productoSuma4Cuadrados2 as bs cs ds =

product [a^2 + b^2 + c^2 + d^2 | (a,b,c,d) <- zip4 as bs cs ds]

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad es

prop_productoSuma4Cuadrados ::

[Integer] -> [Integer] -> [Integer] -> [Integer] -> Property

prop_productoSuma4Cuadrados as bs cs ds =

all (not . null) [as, bs, cs, ds]

==>

esSuma4Cuadrados (productoSuma4Cuadrados as' bs' cs' ds')

where as' = [1 + abs a | a <- as]

bs' = [1 + abs b | b <- bs]

cs' = [1 + abs c | c <- cs]

ds' = [1 + abs d | d <- ds]

-- (esSuma4Cuadrados n) se verifica si n es la suma de 4 cuadrados. Por

-- ejemplo,

-- esSuma4Cuadrados 42 == True

-- esSuma4Cuadrados 11 == False

-- esSuma4Cuadrados 41 == False

esSuma4Cuadrados :: Integer -> Bool

esSuma4Cuadrados = not . null . sumas4Cuadrados

-- (sumas4Cuadrados n) es la lista de las descomposiciones de n como

-- sumas de 4 cuadrados. Por ejemplo,

-- sumas4Cuadrados 42 == [(16,16,9,1),(25,9,4,4),(36,4,1,1)]

sumas4Cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]

sumas4Cuadrados n =

[(a^2,b^2,c^2,d) | a <- [1 .. floor (sqrt (fromIntegral n / 4))]

, b <- [a .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2) / 3))]

, c <- [b .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2-b^2) / 2))]

, let d = n - a^2 - b^2 - c^2

, c^2 <= d

, esCuadrado d]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = x == y * y

where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz 25 == 5

-- raiz 24 == 4

-- raiz 26 == 5

raiz :: Integer -> Integer

raiz x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=5}) prop_productoSuma4Cuadrados

-- +++ OK, passed 100 tests.

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

Pensamiento

¿Vivir? Sencillamente:
la sed y el agua cerca …
o el agua lejos, más, la sed y el agua,
un poco de cansancio ¡y a beberla!.

Antonio Machado

Sumas de cuatro cuadrados

PorJosé A. Alonso 23-enero-202030-enero-2020

El número 42 es una suma de cuatro cuadrados de números enteros positivos ya que

   42 = 16 + 16 + 9 + 1 = 4² + 4² + 3² + 1²

1	42 = 16 + 16 + 9 + 1 = 4² + 4² + 3² + 1²

Definir las funciones

   sumas4Cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]
   graficaNumeroSumas4Cuadrados :: Integer -> IO ()

1 2	sumas4Cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)] graficaNumeroSumas4Cuadrados :: Integer -> IO ()

tales que

(sumas4Cuadrados n) es la lista de las descompociones de n como suma de cuatro cuadrados. Por ejemplo,

     sumas4Cuadrados 42  ==  [(16,16,9,1),(25,9,4,4),(36,4,1,1)]
     sumas4Cuadrados 14  ==  []
     length (sumas4Cuadrados (5*10^4))  ==  260

sumas4Cuadrados 42 == [(16,16,9,1),(25,9,4,4),(36,4,1,1)]

sumas4Cuadrados 14 == []

length (sumas4Cuadrados (5*10^4)) == 260

(graficaNumeroSumas4Cuadrados n) dibuja la gráfica del número de descomposiciones en sumas de 4 cuadrados de los n primeros. Por ejemplo, (graficaNumeroSumas4Cuadrados 600) dibuja

Soluciones

Pensamiento

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición de sumas4Cuadrados
-- ================================

sumas4Cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]
sumas4Cuadrados n =
  [(a^2,b^2,c^2,d) | a <- [1..n]
                   , b <- [a..n]
                   , c <- [b..n]
                   , let d = n - a^2 - b^2 - c^2
                   , c^2 <= d 
                   , esCuadrado d]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = x == y * y
  where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz 25  ==  5
--    raiz 24  ==  4
--    raiz 26  ==  5
raiz :: Integer -> Integer
raiz x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 2ª definición de sumas4Cuadrados
-- ================================

-- Los intervalos de búqueda en la definición anterior se pueden reducir
-- teniendo en cuenta las siguientes restricciones
--    1 <= a <= b <= c <= d 
--    n = a² + b² + c² + d² >= 4a² ==> a <= sqrt (n/4)
--    n - a² = b² + c² + d² >= 3b² ==> b <= sqrt ((n-a²)/3)
--    n - a² - b² = c² + d² >= 2c² ==> c <= sqrt ((n-a²-b²)/2)

sumas4Cuadrados2 :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]
sumas4Cuadrados2 n =
  [(a^2,b^2,c^2,d) | a <- [1 .. floor (sqrt (fromIntegral n / 4))]
                   , b <- [a .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2) / 3))]
                   , c <- [b .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2-b^2) / 2))]
                   , let d = n - a^2 - b^2 - c^2
                   , c^2 <= d 
                   , esCuadrado d]

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

-- La comprobación es
--    λ> length (sumas4Cuadrados 300)
--    11
--    (7.93 secs, 11,280,814,312 bytes)
--    λ> length (sumas4Cuadrados2 300)
--    11
--    (0.01 secs, 901,520 bytes)

-- Definición de graficaConvergencia
-- ==================================

graficaNumeroSumas4Cuadrados :: Integer -> IO ()
graficaNumeroSumas4Cuadrados n =
  plotList [ Key Nothing
           , Title "Numero de sumas como 4 cuadrados"
           , PNG "Sumas_de_cuatro_cuadrados.png"
           ]
           [length (sumas4Cuadrados2 k) | k <- [0..n]] 

-- Definición de esSuma4Cuadrados
-- ==============================

-- (esSuma4Cuadrados n) se verifica si n es la suma de 4 cuadrados. Por
-- ejemplo, 
--    esSuma4Cuadrados 42  ==  True
--    esSuma4Cuadrados 11  ==  False
--    esSuma4Cuadrados 41  ==  False
esSuma4Cuadrados :: Integer -> Bool
esSuma4Cuadrados = not . null . sumas4Cuadrados2

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición de sumas4Cuadrados

-- ================================

sumas4Cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]

sumas4Cuadrados n =

[(a^2,b^2,c^2,d) | a <- [1..n]

, b <- [a..n]

, c <- [b..n]

, let d = n - a^2 - b^2 - c^2

, c^2 <= d

, esCuadrado d]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = x == y * y

where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz 25 == 5

-- raiz 24 == 4

-- raiz 26 == 5

raiz :: Integer -> Integer

raiz x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 2ª definición de sumas4Cuadrados

-- ================================

-- Los intervalos de búqueda en la definición anterior se pueden reducir

-- teniendo en cuenta las siguientes restricciones

-- 1 <= a <= b <= c <= d

-- n = a² + b² + c² + d² >= 4a² ==> a <= sqrt (n/4)

-- n - a² = b² + c² + d² >= 3b² ==> b <= sqrt ((n-a²)/3)

-- n - a² - b² = c² + d² >= 2c² ==> c <= sqrt ((n-a²-b²)/2)

sumas4Cuadrados2 :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]

sumas4Cuadrados2 n =

[(a^2,b^2,c^2,d) | a <- [1 .. floor (sqrt (fromIntegral n / 4))]

, b <- [a .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2) / 3))]

, c <- [b .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2-b^2) / 2))]

, let d = n - a^2 - b^2 - c^2

, c^2 <= d

, esCuadrado d]

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- La comprobación es

-- λ> length (sumas4Cuadrados 300)

-- 11

-- (7.93 secs, 11,280,814,312 bytes)

-- λ> length (sumas4Cuadrados2 300)

-- 11

-- (0.01 secs, 901,520 bytes)

-- Definición de graficaConvergencia

-- ==================================

graficaNumeroSumas4Cuadrados :: Integer -> IO ()

graficaNumeroSumas4Cuadrados n =

plotList [ Key Nothing

, Title "Numero de sumas como 4 cuadrados"

, PNG "Sumas_de_cuatro_cuadrados.png"

]

[length (sumas4Cuadrados2 k) | k <- [0..n]]

-- Definición de esSuma4Cuadrados

-- ==============================

-- (esSuma4Cuadrados n) se verifica si n es la suma de 4 cuadrados. Por

-- ejemplo,

-- esSuma4Cuadrados 42 == True

-- esSuma4Cuadrados 11 == False

-- esSuma4Cuadrados 41 == False

esSuma4Cuadrados :: Integer -> Bool

esSuma4Cuadrados = not . null . sumas4Cuadrados2

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

¿Cuál es el peor de todos
los afanes? Preguntar.
¿Y el mejor? – Hacer camino
sin volver la vista atrás.

Antonio Machado

Números sin 2 en base 3

PorJosé A. Alonso 22-enero-202029-enero-2020

Definir la sucesión

   numerosSin2EnBase3 :: [Integer]

1	numerosSin2EnBase3 :: [Integer]

cuyos términos son los números cuya representación en base 3 no contiene el dígito 2. Por ejemplo,

   λ> take 20 numerosSin2EnBase3
   [0,1,3,4,9,10,12,13,27,28,30,31,36,37,39,40,81,82,84,85]

1 2	λ> take 20 numerosSin2EnBase3 [0,1,3,4,9,10,12,13,27,28,30,31,36,37,39,40,81,82,84,85]

Se observa que

12 está en la sucesión ya que su representación en base 3 es 110 (porque 1·3² + 1·3¹ + 0.3⁰ = 12) y no contiene a 2.
14 no está en la sucesión ya que su representación en base 3 es 112 (porque 1·3² + 1·3¹ + 2.3⁰ = 14) y contiene a 2.

Comprobar con QuickCheck que las sucesiones numerosSin2EnBase3 y sucesionSin3enPA (del ejercicio anterior) son iguales; es decir, para todo número natural n, el n-ésimo término de numerosSin2EnBase3 es igual al n-ésimo término de sucesionSin3enPA.

Soluciones

import Data.List ((\\))
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

numerosSin2EnBase3a :: [Integer]
numerosSin2EnBase3a =
  [n | n <- [0..]
     , 2 `notElem` (enBase3 n)]

-- (enBase3 n) es la representación de n en base 3. Por ejemplo,
--    enBase3 7   ==  [1,2]
--    enBase3 9   ==  [0,0,1]
--    enBase3 10  ==  [1,0,1]
--    enBase3 11  ==  [2,0,1]
enBase3 :: Integer -> [Integer]
enBase3 n | n < 3     = [n]
          | otherwise = r : enBase3 q
  where (q,r) = quotRem n 3

-- 2ª definición
-- =============

-- Se puede construir como un triángulo:
--    0
--    1
--    3 4
--    9 10 12 13
--    27 28 30 31 36 37 39 40
--    ....

numerosSin2EnBase3b :: [Integer]
numerosSin2EnBase3b = 0 : concat (iterate siguientes [1])
  where siguientes xs = concatMap (\x -> [3*x,3*x+1]) xs

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

-- La compración es
--    λ> numerosSin2EnBase3a !! (10^4)
--    1679697
--    (4.06 secs, 2,245,415,808 bytes)
--    λ> numerosSin2EnBase3b !! (10^4)
--    1679697
--    (0.03 secs, 2,109,912 bytes)

-- Definición
-- ==========

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición.
numerosSin2EnBase3 :: [Integer]
numerosSin2EnBase3 = numerosSin2EnBase3b

-- Propiedad
-- =========

-- La propiedad es
prop_equivalencia :: Int -> Property
prop_equivalencia n =
  n > 0 ==> sucesionSin3enPA !! n == numerosSin2EnBase3 !! n

-- sucesionSin3enPA donde cada uno de sus términos es el menor número
-- natural tal que no está en PA con cualesquiera dos términos
-- anteriores de la sucesión. 
sucesionSin3enPA :: [Integer]
sucesionSin3enPA = aux [] [0..] 
  where
    aux xs (y:ys) = y : aux (y:xs) (ys \\ [2 * y - x | x <- xs])

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_equivalencia
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List ((\\))

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

-- ===========

numerosSin2EnBase3a :: [Integer]

numerosSin2EnBase3a =

[n | n <- [0..]

, 2 `notElem` (enBase3 n)]

-- (enBase3 n) es la representación de n en base 3. Por ejemplo,

-- enBase3 7 == [1,2]

-- enBase3 9 == [0,0,1]

-- enBase3 10 == [1,0,1]

-- enBase3 11 == [2,0,1]

enBase3 :: Integer -> [Integer]

enBase3 n | n < 3 = [n]

| otherwise = r : enBase3 q

where (q,r) = quotRem n 3

-- 2ª definición

-- =============

-- Se puede construir como un triángulo:

-- 0

-- 1

-- 3 4

-- 9 10 12 13

-- 27 28 30 31 36 37 39 40

-- ....

numerosSin2EnBase3b :: [Integer]

numerosSin2EnBase3b = 0 : concat (iterate siguientes [1])

where siguientes xs = concatMap (\x -> [3*x,3*x+1]) xs

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- La compración es

-- λ> numerosSin2EnBase3a !! (10^4)

-- 1679697

-- (4.06 secs, 2,245,415,808 bytes)

-- λ> numerosSin2EnBase3b !! (10^4)

-- 1679697

-- (0.03 secs, 2,109,912 bytes)

-- Definición

-- ==========

-- En lo que sigue usaremos la 2ª definición.

numerosSin2EnBase3 :: [Integer]

numerosSin2EnBase3 = numerosSin2EnBase3b

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad es

prop_equivalencia :: Int -> Property

prop_equivalencia n =

n > 0 ==> sucesionSin3enPA !! n == numerosSin2EnBase3 !! n

-- sucesionSin3enPA donde cada uno de sus términos es el menor número

-- natural tal que no está en PA con cualesquiera dos términos

-- anteriores de la sucesión.

sucesionSin3enPA :: [Integer]

sucesionSin3enPA = aux [] [0..]

where

aux xs (y:ys) = y : aux (y:xs) (ys \\ [2 * y - x | x <- xs])

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equivalencia

-- +++ OK, passed 100 tests.

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

Pensamiento

O que yo pueda asesinar un día
en mi alma, al despertar, esa persona
que me hizo el mundo mientras yo dormía.

Antonio Machado

Sucesiones sin progresiones aritméticas de longitud 3

PorJosé A. Alonso 21-enero-202025-marzo-2022

Tres números x, y, z está en progresión aritmética (PA) si existe un d tal que y = x+d y z = y+d. Por ejemplo, 1, 3, 5 están en PA ya que 3 = 1+2 y 5 = 3+2.

Se considera la sucesión donde cada uno de sus términos es el número natural tal que no está en PA con cualesquiera dos términos anteriores de la sucesión. Por ejemplo, si representamos por f(n) el n-ésimo término de la sucesión, entonces

f(0) = 0, que es el menor número natural;
f(1) = 1, que es el menor número natural que no está en la sucesión; 
f(2) = 3, ya que [0, 1, 2] están en PA y
                 [0, 1, 3] no están en PA;
f(3) = 4, ya que [0, 1, 4], [0, 3, 4] y [1, 3, 4] no están en PA;
f(4) = 9, ya que se descartan
          + el 5 porque [1, 3, 5] están en PA
          + el 6 porque [0, 3, 6] están en PA
          + el 7 porque [1, 4, 7] están en PA
          + el 8 porque [0, 4, 8] estan en PA
          y se acepta el 9 porque no están en PA niguna de [0,1,9],
          [0,3,9], [0,4,9], [1,3,9], [1,4,9], [3,4,9].

f(0) = 0, que es el menor número natural;

f(1) = 1, que es el menor número natural que no está en la sucesión;

f(2) = 3, ya que [0, 1, 2] están en PA y

[0, 1, 3] no están en PA;

f(3) = 4, ya que [0, 1, 4], [0, 3, 4] y [1, 3, 4] no están en PA;

f(4) = 9, ya que se descartan

+ el 5 porque [1, 3, 5] están en PA

+ el 6 porque [0, 3, 6] están en PA

+ el 7 porque [1, 4, 7] están en PA

+ el 8 porque [0, 4, 8] estan en PA

y se acepta el 9 porque no están en PA niguna de [0,1,9],

[0,3,9], [0,4,9], [1,3,9], [1,4,9], [3,4,9].

Definir la sucesión

   sucesionSin3enPA :: [Integer]

1	sucesionSin3enPA :: [Integer]

donde cada uno de sus términos es el menor número natural tal que no está en PA con cualesquiera dos términos anteriores de la sucesión. Por ejemplo,

   λ> take 20 sucesionSin3enPA
   [0,1,3,4,9,10,12,13,27,28,30,31,36,37,39,40,81,82,84,85]
   λ> sucesionSin3enPA !! 250
   3270

λ> take 20 sucesionSin3enPA

[0,1,3,4,9,10,12,13,27,28,30,31,36,37,39,40,81,82,84,85]

λ> sucesionSin3enPA !! 250

3270

Soluciones

import Data.List ((\\), delete, tails)

-- 1ª solución
-- ===========

sucesionSin3enPA :: [Integer]
sucesionSin3enPA = aux []  
  where aux xs = x : aux (x:xs)
          where x = head (noEnPAConDos xs)

noEnPAConDos :: [Integer] -> [Integer]
noEnPAConDos xs = [z | z <- [0..]
                   , z `notElem` xs
                   , and [z - y /= y - x | x <- xs
                                         , y <- dropWhile (<= x) xs]]

-- 2ª solución
-- ===========

-- Si x, y, z están en progresión aritmética, entonces
--    y = (x + z) / 2
-- Por tanto,
--    z = 2 * y - x
--
-- Teniendo en cuenta la relación auterior se define (aux xs ys) tal que
-- xs es la lista de los términos actuales de la sucesión e ys es la
-- lista de los números que no están en PA con cualesquieras dos de xs.

sucesionSin3enPA2 :: [Integer]
sucesionSin3enPA2 = aux [] [0..] 
  where
    aux xs (y:ys) = y : aux (y:xs) (ys \\ [2 * y - x | x <- xs])

-- 3º solución
-- ===========

sucesionSin3enPA3 :: [Integer]
sucesionSin3enPA3 = 0 : aux [1]
  where aux (x:xs) = x : aux (xs ++ [3*x,3*x+1])


-- Comparación de eficiencia
-- =========================

-- La comparación es
--    λ> sucesionSin3enPA !! 70
--    741
--    (7.97 secs, 5,444,053,240 bytes)
--    λ> sucesionSin3enPA2 !! 70
--    741
--    (0.03 secs, 35,781,952 bytes)
--    λ> sucesionSin3enPA3 !! 70
--    741
--    (0.01 secs, 192,864 bytes)
--    
--    λ> sucesionSin3enPA2 !! 350
--    7410
--    (9.46 secs, 10,119,851,016 bytes)
--    λ> sucesionSin3enPA3 !! 350
--    7410
--    (0.01 secs, 1,931,296 bytes)

import Data.List ((\\), delete, tails)

-- 1ª solución

-- ===========

sucesionSin3enPA :: [Integer]

sucesionSin3enPA = aux []

where aux xs = x : aux (x:xs)

where x = head (noEnPAConDos xs)

noEnPAConDos :: [Integer] -> [Integer]

noEnPAConDos xs = [z | z <- [0..]

, z `notElem` xs

, and [z - y /= y - x | x <- xs

, y <- dropWhile (<= x) xs]]

-- 2ª solución

-- ===========

-- Si x, y, z están en progresión aritmética, entonces

-- y = (x + z) / 2

-- Por tanto,

-- z = 2 * y - x

-- Teniendo en cuenta la relación auterior se define (aux xs ys) tal que

-- xs es la lista de los términos actuales de la sucesión e ys es la

-- lista de los números que no están en PA con cualesquieras dos de xs.

sucesionSin3enPA2 :: [Integer]

sucesionSin3enPA2 = aux [] [0..]

where

aux xs (y:ys) = y : aux (y:xs) (ys \\ [2 * y - x | x <- xs])

-- 3º solución

-- ===========

sucesionSin3enPA3 :: [Integer]

sucesionSin3enPA3 = 0 : aux [1]

where aux (x:xs) = x : aux (xs ++ [3*x,3*x+1])

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- La comparación es

-- λ> sucesionSin3enPA !! 70

-- 741

-- (7.97 secs, 5,444,053,240 bytes)

-- λ> sucesionSin3enPA2 !! 70

-- 741

-- (0.03 secs, 35,781,952 bytes)

-- λ> sucesionSin3enPA3 !! 70

-- 741

-- (0.01 secs, 192,864 bytes)

-- λ> sucesionSin3enPA2 !! 350

-- 7410

-- (9.46 secs, 10,119,851,016 bytes)

-- λ> sucesionSin3enPA3 !! 350

-- 7410

-- (0.01 secs, 1,931,296 bytes)

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

Pensamiento

Quien se vive se pierde, Abel decía.
¡Oh, distancia, distancia!, que la estrella
que nadie toca, guía.
¿Quién navegó sin ella?

Antonio Machado

Máximos locales en los números de descomposiciones de Goldbach

PorJosé A. Alonso 20-enero-202027-enero-2020

La conjetura de Goldbach afirma que todo número entero mayor que 2 se puede expresar como suma de dos primos.

Las descomposiciones de Goldbach son las maneras de expresar un número como suma de dos primos. Por ejemplo, el número 10 tiene dos descomposiciones de Goldbach ya que se puede expresar como la suma de 3 y 7 y la suma de 5 y 5.

Definir las funciones

   descomposicionesGoldbach :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   numeroGoldbach :: Integer -> Integer
   tieneMaximoLocalGoldbach :: Integer -> Bool

descomposicionesGoldbach :: Integer -> [(Integer,Integer)]

numeroGoldbach :: Integer -> Integer

tieneMaximoLocalGoldbach :: Integer -> Bool

tales que

(descomposicionesGoldbach n) es la lista de las descomposiciones de Goldbach del número n. Por ejemplo,

     descomposicionesGoldbach 5   ==  [(2,3)]
     descomposicionesGoldbach 10  ==  [(3,7),(5,5)]
     descomposicionesGoldbach 22  ==  [(3,19),(5,17),(11,11)]
     descomposicionesGoldbach 34  ==  [(3,31),(5,29),(11,23),(17,17)]
     descomposicionesGoldbach 35  ==  []
     descomposicionesGoldbach (9+10^9)  ==  [(2,1000000007)]

descomposicionesGoldbach 5 == [(2,3)]

descomposicionesGoldbach 10 == [(3,7),(5,5)]

descomposicionesGoldbach 22 == [(3,19),(5,17),(11,11)]

descomposicionesGoldbach 34 == [(3,31),(5,29),(11,23),(17,17)]

descomposicionesGoldbach 35 == []

descomposicionesGoldbach (9+10^9) == [(2,1000000007)]

(numeroGolbach n) es el número de descomposiciones de Goldbach del número n. Por ejemplo,

     numeroGoldbach 5         ==  1
     numeroGoldbach 10        ==  2
     numeroGoldbach 22        ==  3
     numeroGoldbach 34        ==  4
     numeroGoldbach 35        ==  0
     numeroGoldbach (9+10^9)  ==  1
     maximum [numeroGoldbach n | n <- [2..3000]]  ==  128

numeroGoldbach 5 == 1

numeroGoldbach 10 == 2

numeroGoldbach 22 == 3

numeroGoldbach 34 == 4

numeroGoldbach 35 == 0

numeroGoldbach (9+10^9) == 1

maximum [numeroGoldbach n | n <- [2..3000]] == 128

(tieneMaximoLocalGoldbach n) se verifica si en n se alcanza un máximo local en el número de descomposiciones de Goldbach; es decir, los números n tales que el número de descomposiciones de Goldbach de n es mayor o igual que las de n-1 y las de n+1. Por ejemplo,

     λ> filter tieneMaximoLocalGoldbach [1..45]
     [1,2,4,5,6,7,8,10,12,14,16,18,20,22,24,26,28,30,32,34,36,38,40,42,44]

1 2	λ> filter tieneMaximoLocalGoldbach [1..45] [1,2,4,5,6,7,8,10,12,14,16,18,20,22,24,26,28,30,32,34,36,38,40,42,44]

En el ejemplo anterior se comprueba que en los múltiplos de 6 (es decir, en 6, 12, 18, 24, 30, 36 y 42), el número de descomposiciones de Goldbach alcanza un máximo local. Comprobar con QuickCheck que esta propiedad se cumple en general; es decir, para todo entero positivo n, el número de descomposiciones de Goldbach en 6n es un máximo local.

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)
import Test.QuickCheck

-- Definiciones de descomposicionesGoldbach
-- ========================================

-- 1ª definición
descomposicionesGoldbach1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposicionesGoldbach1 n =
  [(p,n-p) | p <- takeWhile (<= n `div` 2) primes
           , isPrime (n-p)]

-- 2ª definición
descomposicionesGoldbach2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposicionesGoldbach2 n
  | odd n     = [(2,n-2) | isPrime (n-2)]
  | otherwise = [(p,n-p) | p <- takeWhile (<= n `div` 2) primes
                         , isPrime (n-p)]                               

-- Comparación de eficiencia 
--    λ> descomposicionesGoldbach1 (9+10^8)
--    [(2,100000007)]
--    (10.75 secs, 32,177,389,480 bytes)
--    λ> descomposicionesGoldbach2 (9+10^8)
--    [(2,100000007)]
--    (0.01 secs, 3,228,912 bytes)

-- En lo que sigue, usaremos la 2ª definición
descomposicionesGoldbach :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposicionesGoldbach = descomposicionesGoldbach2

-- Definición de numeroGolbach
-- ===========================

numeroGoldbach :: Integer -> Integer
numeroGoldbach = genericLength . descomposicionesGoldbach

-- Definición de tieneMaximoLocalGoldbach
-- ======================================

tieneMaximoLocalGoldbach :: Integer -> Bool
tieneMaximoLocalGoldbach n =
  numeroGoldbach (n-1) <= x && x >= numeroGoldbach (n+1)
  where x = numeroGoldbach n

-- La propiedad es
prop_Goldbach :: Integer -> Property
prop_Goldbach n =
  n > 0 ==> tieneMaximoLocalGoldbach (6*n)

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_Goldbach
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (genericLength)

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)

import Test.QuickCheck

-- Definiciones de descomposicionesGoldbach

-- ========================================

-- 1ª definición

descomposicionesGoldbach1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

descomposicionesGoldbach1 n =

[(p,n-p) | p <- takeWhile (<= n `div` 2) primes

, isPrime (n-p)]

-- 2ª definición

descomposicionesGoldbach2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

descomposicionesGoldbach2 n

| odd n = [(2,n-2) | isPrime (n-2)]

| otherwise = [(p,n-p) | p <- takeWhile (<= n `div` 2) primes

, isPrime (n-p)]

-- Comparación de eficiencia

-- λ> descomposicionesGoldbach1 (9+10^8)

-- [(2,100000007)]

-- (10.75 secs, 32,177,389,480 bytes)

-- λ> descomposicionesGoldbach2 (9+10^8)

-- [(2,100000007)]

-- (0.01 secs, 3,228,912 bytes)

-- En lo que sigue, usaremos la 2ª definición

descomposicionesGoldbach :: Integer -> [(Integer,Integer)]

descomposicionesGoldbach = descomposicionesGoldbach2

-- Definición de numeroGolbach

-- ===========================

numeroGoldbach :: Integer -> Integer

numeroGoldbach = genericLength . descomposicionesGoldbach

-- Definición de tieneMaximoLocalGoldbach

-- ======================================

tieneMaximoLocalGoldbach :: Integer -> Bool

tieneMaximoLocalGoldbach n =

numeroGoldbach (n-1) <= x && x >= numeroGoldbach (n+1)

where x = numeroGoldbach n

-- La propiedad es

prop_Goldbach :: Integer -> Property

prop_Goldbach n =

n > 0 ==> tieneMaximoLocalGoldbach (6*n)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_Goldbach

-- +++ OK, passed 100 tests.

Otras soluciones

Se pueden escribir otras soluciones en los comentarios.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang=»haskell»> y otra con </pre>

Referencia

Local maxima of number of Goldbach decompositions en ProofWiki.
Sucesión A061358 de OEIS.

Pensamiento

Te abanicaras
con un madrigal que diga:
en amor el olvido pone la sal.

Antonio Machado

Teorema de la amistad

PorJosé A. Alonso 17-enero-202024-enero-2020

El teorema de la amistad afirma que

En cualquier reunión de n personas hay al menos dos personas que tienen el mismo número de amigos (suponiendo que la relación de amistad es simétrica).

Se pueden usar las siguientes representaciones:

números enteros para representar a las personas,
pares de enteros (x,y), con x < y, para representar que la persona x e y son amigas y
lista de pares de enteros para representar la reunión junto con las relaciones de amistad.

Por ejemplo, [(2,3),(3,5)] representa una reunión de tres personas
(2, 3 y 5) donde

2 es amiga de 3,
3 es amiga de 2 y 5 y
5 es amiga de 3.
Si clasificamos las personas poniendo en la misma clase las que tienen el mismo número de amigos, se obtiene [[2,5],[3]] ya que 2 y 5 tienen 1 amigo y 3 tiene 2 amigos.

Definir la función

   clasesAmigos :: [(Int,Int)] -> [[Int]]

1	clasesAmigos :: [(Int,Int)] -> [[Int]]

tal que (clasesAmigos r) es la clasificación según el número de amigos de las personas de la reunión r; es decir, la lista cuyos elementos son las listas de personas con 1 amigo, con 2 amigos y así hasta que se completa todas las personas de la reunión r. Por ejemplo,

   clasesAmigos [(2,3),(3,5)]            ==  [[2,5],[3]]
   clasesAmigos [(2,3),(4,5)]            ==  [[2,3,4,5]]
   clasesAmigos [(2,3),(2,5),(3,5)]      ==  [[2,3,5]]
   clasesAmigos [(2,3),(3,4),(2,5)]      ==  [[4,5],[2,3]]
   clasesAmigos [(x,x+1) | x <- [1..5]]  ==  [[1,6],[2,3,4,5]]
   length (clasesAmigos [(x,x+1) | x <- [1..2020]]) == 2

clasesAmigos [(2,3),(3,5)] == [[2,5],[3]]

clasesAmigos [(2,3),(4,5)] == [[2,3,4,5]]

clasesAmigos [(2,3),(2,5),(3,5)] == [[2,3,5]]

clasesAmigos [(2,3),(3,4),(2,5)] == [[4,5],[2,3]]

clasesAmigos [(x,x+1) | x <- [1..5]] == [[1,6],[2,3,4,5]]

length (clasesAmigos [(x,x+1) | x <- [1..2020]]) == 2

Comprobar con QuickCheck el teorema de la amistad; es decir, si r es una lista de pares de enteros, entonces (clasesAmigos r’) donde r’ es la lista de los pares (x,y) de r con x < y y se supone que r’ es no vacía.

Soluciones

import Data.List (nub, sort)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

clasesAmigos :: [(Int,Int)] -> [[Int]]
clasesAmigos ps =
  filter (not . null)
         [[x | x <- xs, numeroDeAmigos ps x == n] | n <- [1..length xs]] 
  where xs = personas ps
    
-- (personas ps) es la lista de personas en la reunión ps. Por ejemplo,
--    personas [(2,3),(3,5)]  ==  [2,3,5]
personas :: [(Int,Int)] -> [Int]
personas ps = sort (nub (map fst ps ++ map snd ps))

-- (numeroDeAmigos ps x) es el número de amigos de x en la reunión
-- ps. Por ejemplo, 
--    numeroDeAmigos [(2,3),(3,5)] 2  ==  1
--    numeroDeAmigos [(2,3),(3,5)] 3  ==  2
--    numeroDeAmigos [(2,3),(3,5)] 5  ==  1
numeroDeAmigos :: [(Int,Int)] -> Int -> Int
numeroDeAmigos ps x = length (amigos ps x)

-- (amigos ps x) es la lista de los amigos de x en la reunión ps. Por
-- ejemplo, 
--    amigos [(2,3),(3,5)] 2  ==  [3]
--    amigos [(2,3),(3,5)] 3  ==  [5,2]
--    amigos [(2,3),(3,5)] 5  ==  [3]
amigos :: [(Int,Int)] -> Int -> [Int]
amigos ps x =
  nub ([b | (a,b) <- ps, a == x] ++ [a | (a,b) <- ps, b == x])

-- 2ª solución
-- ===========

clasesAmigos2 :: [(Int,Int)] -> [[Int]]
clasesAmigos2 = clases . sort . tablaAmigos
  where
    clases [] = []
    clases ps@((x,y):ps') = (map snd (takeWhile (\(a,b) -> a == x) ps)) :
                            clases (dropWhile (\(a,b) -> a == x) ps')

-- (tablaAmigos ps) es la lista de pares (a,b) tales que b es una
-- persona de la reunión ps y a es su número de amigos. Por ejemplo,
--    tablaAmigos [(2,3),(3,5)]   ==  [(1,2),(2,3),(1,5)]
tablaAmigos :: [(Int,Int)] -> [(Int,Int)]
tablaAmigos ps = [(numeroDeAmigos ps x,x) | x <- personas ps]

-- Equivalencia de las definiciones
-- ================================

-- La propiedad es
prop_equivalencia :: [(Int,Int)] -> Property
prop_equivalencia ps =
  not (null ps')
  ==> 
  clasesAmigos ps' == clasesAmigos2 ps'
  where ps' = [(x,y) | (x,y) <- ps, x < y]

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_equivalencia
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    (1.06 secs, 337,106,752 bytes)

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> length (clasesAmigos [(x,x+1) | x <- [1..200]]) 
--    2
--    (2.37 secs, 804,402,848 bytes)
--    λ> length (clasesAmigos2 [(x,x+1) | x <- [1..200]]) 
--    2
--    (0.02 secs, 4,287,256 bytes)

-- El teorema de la amistad
-- ========================

-- La propiedad es
teoremaDeLaAmistad :: [(Int,Int)] -> Property
teoremaDeLaAmistad ps =
  not (null ps')
  ==> 
  not (null [xs | xs <- clasesAmigos2 ps', length xs > 1])
  where ps' = [(x,y) | (x,y) <- ps, x < y]

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck teoremaDeLaAmistad
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (nub, sort)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

-- ===========

clasesAmigos :: [(Int,Int)] -> [[Int]]

clasesAmigos ps =

filter (not . null)

[[x | x <- xs, numeroDeAmigos ps x == n] | n <- [1..length xs]]

where xs = personas ps

-- (personas ps) es la lista de personas en la reunión ps. Por ejemplo,

-- personas [(2,3),(3,5)] == [2,3,5]

personas :: [(Int,Int)] -> [Int]

personas ps = sort (nub (map fst ps ++ map snd ps))

-- (numeroDeAmigos ps x) es el número de amigos de x en la reunión

-- ps. Por ejemplo,

-- numeroDeAmigos [(2,3),(3,5)] 2 == 1

-- numeroDeAmigos [(2,3),(3,5)] 3 == 2

-- numeroDeAmigos [(2,3),(3,5)] 5 == 1

numeroDeAmigos :: [(Int,Int)] -> Int -> Int

numeroDeAmigos ps x = length (amigos ps x)

-- (amigos ps x) es la lista de los amigos de x en la reunión ps. Por

-- ejemplo,

-- amigos [(2,3),(3,5)] 2 == [3]

-- amigos [(2,3),(3,5)] 3 == [5,2]

-- amigos [(2,3),(3,5)] 5 == [3]

amigos :: [(Int,Int)] -> Int -> [Int]

amigos ps x =

nub ([b | (a,b) <- ps, a == x] ++ [a | (a,b) <- ps, b == x])

-- 2ª solución

-- ===========

clasesAmigos2 :: [(Int,Int)] -> [[Int]]

clasesAmigos2 = clases . sort . tablaAmigos

where

clases [] = []

clases ps@((x,y):ps') = (map snd (takeWhile (\(a,b) -> a == x) ps)) :

clases (dropWhile (\(a,b) -> a == x) ps')

-- (tablaAmigos ps) es la lista de pares (a,b) tales que b es una

-- persona de la reunión ps y a es su número de amigos. Por ejemplo,

-- tablaAmigos [(2,3),(3,5)] == [(1,2),(2,3),(1,5)]

tablaAmigos :: [(Int,Int)] -> [(Int,Int)]

tablaAmigos ps = [(numeroDeAmigos ps x,x) | x <- personas ps]

-- Equivalencia de las definiciones

-- ================================

-- La propiedad es

prop_equivalencia :: [(Int,Int)] -> Property

prop_equivalencia ps =

not (null ps')

==>

clasesAmigos ps' == clasesAmigos2 ps'

where ps' = [(x,y) | (x,y) <- ps, x < y]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equivalencia

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- (1.06 secs, 337,106,752 bytes)

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> length (clasesAmigos [(x,x+1) | x <- [1..200]])

-- 2

-- (2.37 secs, 804,402,848 bytes)

-- λ> length (clasesAmigos2 [(x,x+1) | x <- [1..200]])

-- 2

-- (0.02 secs, 4,287,256 bytes)

-- El teorema de la amistad

-- ========================

-- La propiedad es

teoremaDeLaAmistad :: [(Int,Int)] -> Property

teoremaDeLaAmistad ps =

not (null ps')

==>

not (null [xs | xs <- clasesAmigos2 ps', length xs > 1])

where ps' = [(x,y) | (x,y) <- ps, x < y]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck teoremaDeLaAmistad

-- +++ OK, passed 100 tests.

Referencia

Pigeonhole among friends

Pensamiento

Me dijo el agua clara que reía,
bajo el sol, sobre el mármol de la fuente:
si te inquieta el enigma del presente
aprende el son de la salmodia mía.

Antonio Machado

Elementos múltiplos de la longitud de la lista

PorJosé A. Alonso 16-enero-202023-enero-2020

Definir las funciones

   multiplosDeLaLongitud :: [Int] -> [Int]
   multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos :: Int -> Int -> [Int]

1 2	multiplosDeLaLongitud :: [Int] -> [Int] multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos :: Int -> Int -> [Int]

tales que

(multiplosDeLaLongitud xs) es la lista de los elementos de xs que son múltiplos de la longitud de xs. Por ejemplo,

     multiplosDeLaLongitud [2,4,6,8] == [4,8]

1	multiplosDeLaLongitud [2,4,6,8] == [4,8]

(multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n m) es la lista de elementos de [n..n+m-1] que son múltiplos de n. Por ejemplo,

     multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos 9 2  ==  [10]
     multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos 9 12 ==  [12]

1 2	multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos 9 2 == [10] multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos 9 12 == [12]

Comprobar con QuickCheck si se verifican las siguientes propiedades

En cualquier conjunto de m elementos consecutivos, m divide exactamente a uno de dichos elementos. En otras palabras, si n y m son enteros positivos, entonces (multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n m) tiene exactamente un elemento.
Si n es un entero positivo y m >= n, entonces (multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n m) es igual a [m]
Si n y n son enteros positivos y m < n, entonces (multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n m) es igual a [m * ceiling (n’ / m’)] donde n’ y m’ son las formas decimales de n y m respectivamente.

Soluciones

import Test.QuickCheck

multiplosDeLaLongitud :: [Int] -> [Int]
multiplosDeLaLongitud xs =
  [x | x <- xs
     , x `mod`  n == 0]
  where n = length xs

multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos :: Int -> Int -> [Int]
multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n m =
  multiplosDeLaLongitud [n..n+m-1]

-- La 1ª propiedad es
prop_multiplosDeLaLongitud :: Int -> Int -> Property
prop_multiplosDeLaLongitud n m =
  n > 0 && m > 0
  ==>
  length (multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n m) == 1

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_multiplosDeLaLongitud
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- La 2ª propiedad es
prop_multiplosDeLaLongitud2 :: Int -> Int -> Property
prop_multiplosDeLaLongitud2 n m =
  n > 0 && m >= n
  ==>
  multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n m == [m]

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_multiplosDeLaLongitud2
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- La 3ª propiedad es
prop_multiplosDeLaLongitud3 :: Int -> Int -> Property
prop_multiplosDeLaLongitud3 n m =
  n > 0 && 0 < m && m < n
  ==>
  multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n m == [m * ceiling (n' / m')]
  where n' = fromIntegral n
        m' = fromIntegral m 
  
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_multiplosDeLaLongitud3
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- Con las propiedades anteriores se puede redefinir multiplos
multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos2 :: Int -> Int -> [Int]
multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos2 n m
  | m < n     = [m * ceiling (n' / m')]
  | otherwise = [m]
  where n' = fromIntegral n
        m' = fromIntegral m 

-- Comprobación de la equivalencia
prop_equiv :: Int -> Int -> Property
prop_equiv n m =
  n > 0 && m > 0
  ==>
  multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos  n m ==
  multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos2 n m

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_multiplosDeLaLongitud
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> xs1 = [multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n (10^3) | n <- [1..10^4]]
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    λ> xs2 = [multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos2 n (10^3) | n <- [1..10^4]]
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    λ> maximum xs1
--    [10000]
--    (2.51 secs, 2,093,241,168 bytes)
--    λ> maximum xs2
--    [10000]
--    (0.02 secs, 16,742,408 bytes)

import Test.QuickCheck

multiplosDeLaLongitud :: [Int] -> [Int]

multiplosDeLaLongitud xs =

[x | x <- xs

, x `mod` n == 0]

where n = length xs

multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos :: Int -> Int -> [Int]

multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n m =

multiplosDeLaLongitud [n..n+m-1]

-- La 1ª propiedad es

prop_multiplosDeLaLongitud :: Int -> Int -> Property

prop_multiplosDeLaLongitud n m =

n > 0 && m > 0

==>

length (multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n m) == 1

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_multiplosDeLaLongitud

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La 2ª propiedad es

prop_multiplosDeLaLongitud2 :: Int -> Int -> Property

prop_multiplosDeLaLongitud2 n m =

n > 0 && m >= n

==>

multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n m == [m]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_multiplosDeLaLongitud2

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La 3ª propiedad es

prop_multiplosDeLaLongitud3 :: Int -> Int -> Property

prop_multiplosDeLaLongitud3 n m =

n > 0 && 0 < m && m < n

==>

multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n m == [m * ceiling (n' / m')]

where n' = fromIntegral n

m' = fromIntegral m

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_multiplosDeLaLongitud3

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Con las propiedades anteriores se puede redefinir multiplos

multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos2 :: Int -> Int -> [Int]

multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos2 n m

| m < n = [m * ceiling (n' / m')]

| otherwise = [m]

where n' = fromIntegral n

m' = fromIntegral m

-- Comprobación de la equivalencia

prop_equiv :: Int -> Int -> Property

prop_equiv n m =

n > 0 && m > 0

==>

multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n m ==

multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos2 n m

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_multiplosDeLaLongitud

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> xs1 = [multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos n (10^3) | n <- [1..10^4]]

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> xs2 = [multiplosDeLaLongitudDeConsecutivos2 n (10^3) | n <- [1..10^4]]

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> maximum xs1

-- [10000]

-- (2.51 secs, 2,093,241,168 bytes)

-- λ> maximum xs2

-- [10000]

-- (0.02 secs, 16,742,408 bytes)

Referencia

Set of successive numbers contains unique multiple en ProofWiki.

Pensamiento

Pensando que no veía
porque Dios no le miraba,
dijo Abel cuando moría:
Se acabó lo que se daba.

Antonio Machado

Las conjeturas de Catalan y de Pillai

PorJosé A. Alonso 15-enero-202022-enero-2020

La conjetura de Catalan, enunciada en 1844 por Eugène Charles Catalan y demostrada 2002 por Preda Mihăilescu1, afirma que

Las únicas dos potencias de números enteros consecutivos son 8 y 9 (que son respectivamente 2³ y 3²).

En otras palabras, la única solución entera de la ecuación

   x^a - y^b = 1

1	x^a - y^b = 1

para x, a, y, b > 1 es x = 3, a = 2, y = 2, b = 3.

La conjetura de Pillai, propuesta por S.S. Pillai en 1942, generaliza este resultado y es un problema abierto. Afirma que cada entero se puede escribir sólo un número finito de veces como una diferencia de dos potencias perfectas. En otras palabras, para todo entero positivo n, el conjunto de soluciones de

   x^a - y^b = n

1	x^a - y^b = n

para x, a, y, b > 1 es finito.

Por ejemplo, para n = 4, hay 3 soluciones

   (2,3, 2,2) ya que 2³ -  2² =   8 -   4 = 4
   (6,2, 2,5) ya que 6² -  2⁵ =  36 -  32 = 4
   (5,3,11,2) ya que 5³ - 11² = 125 - 121 = 4

(2,3, 2,2) ya que 2³ - 2² = 8 - 4 = 4

(6,2, 2,5) ya que 6² - 2⁵ = 36 - 32 = 4

(5,3,11,2) ya que 5³ - 11² = 125 - 121 = 4

Las soluciones se pueden representar por la menor potencia (en el caso anterior, por 4, 32 y 121) ya que dado n (en el caso anterior es 4), la potencia mayor es la menor más n.

Definir las funciones

   potenciasPerfectas :: [Integer]
   solucionesPillati :: Integer -> [Integer]
   solucionesPillatiAcotadas :: Integer -> Integer -> [Integer]

potenciasPerfectas :: [Integer]

solucionesPillati :: Integer -> [Integer]

solucionesPillatiAcotadas :: Integer -> Integer -> [Integer]

tales que

potenciasPerfectas es la lista de las potencias perfectas (es decir, de los números de la forma x^a con x y a mayores que 1). Por ejemplo,

     take 10 potenciasPerfectas  ==  [4,8,9,16,25,27,32,36,49,64]
     potenciasPerfectas !! 200   ==  28224

1 2	take 10 potenciasPerfectas == [4,8,9,16,25,27,32,36,49,64] potenciasPerfectas !! 200 == 28224

(solucionesPillati n) es la lista de las menores potencias de las soluciones de la ecuación de Pillati x^a – y^b = n; es decir, es la lista de los u tales que u y u+n son potencias perfectas. Por ejemplo,

     take 3 (solucionesPillati 4)  ==  [4,32,121]
     take 2 (solucionesPillati 5)  ==  [4,27]
     take 4 (solucionesPillati 7)  ==  [9,25,121,32761]

take 3 (solucionesPillati 4) == [4,32,121]

take 2 (solucionesPillati 5) == [4,27]

take 4 (solucionesPillati 7) == [9,25,121,32761]

(solucionesPillatiAcotadas c n) es la lista de elementos de (solucionesPillati n) menores que n. Por ejemplo,

     solucionesPillatiAcotadas (10^3) 1  ==  [8]
     solucionesPillatiAcotadas (10^3) 2  ==  [25]
     solucionesPillatiAcotadas (10^3) 3  ==  [125]
     solucionesPillatiAcotadas (10^3) 4  ==  [4,32,121]
     solucionesPillatiAcotadas (10^3) 5  ==  [4,27]
     solucionesPillatiAcotadas (10^3) 6  ==  []
     solucionesPillatiAcotadas (10^3) 7  ==  [9,25,121]
     solucionesPillatiAcotadas (10^5) 7  ==  [9,25,121,32761]

solucionesPillatiAcotadas (10^3) 1 == [8]

solucionesPillatiAcotadas (10^3) 2 == [25]

solucionesPillatiAcotadas (10^3) 3 == [125]

solucionesPillatiAcotadas (10^3) 4 == [4,32,121]

solucionesPillatiAcotadas (10^3) 5 == [4,27]

solucionesPillatiAcotadas (10^3) 6 == []

solucionesPillatiAcotadas (10^3) 7 == [9,25,121]

solucionesPillatiAcotadas (10^5) 7 == [9,25,121,32761]

Soluciones

import Data.List (group)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

-- Definiciones de potenciasPerfectas
-- ==================================

-- 1ª definición
-- -------------

potenciasPerfectas1 :: [Integer]
potenciasPerfectas1 = filter esPotenciaPerfecta [4..]

-- (esPotenciaPerfecta x) se verifica si x es una potencia perfecta. Por
-- ejemplo, 
--    esPotenciaPerfecta 36  ==  True
--    esPotenciaPerfecta 72  ==  False
esPotenciaPerfecta :: Integer -> Bool
esPotenciaPerfecta = not . null. potenciasPerfectasDe 

-- (potenciasPerfectasDe x) es la lista de pares (a,b) tales que 
-- x = a^b. Por ejemplo,
--    potenciasPerfectasDe 64  ==  [(2,6),(4,3),(8,2)]
--    potenciasPerfectasDe 72  ==  []
potenciasPerfectasDe :: Integer -> [(Integer,Integer)]
potenciasPerfectasDe n = 
    [(m,k) | m <- takeWhile (\x -> x*x <= n) [2..]
           , k <- takeWhile (\x -> m^x <= n) [2..]
           , m^k == n]

-- 2ª definición
-- -------------

potenciasPerfectas2 :: [Integer]
potenciasPerfectas2 = [x | x <- [4..], esPotenciaPerfecta2 x]

-- (esPotenciaPerfecta2 x) se verifica si x es una potencia perfecta. Por
-- ejemplo, 
--    esPotenciaPerfecta2 36  ==  True
--    esPotenciaPerfecta2 72  ==  False
esPotenciaPerfecta2 :: Integer -> Bool
esPotenciaPerfecta2 x = mcd (exponentes x) > 1

-- (exponentes x) es la lista de los exponentes de l factorización prima
-- de x. Por ejemplos,
--    exponentes 36  ==  [2,2]
--    exponentes 72  ==  [3,2]
exponentes :: Integer -> [Int]
exponentes x = [length ys | ys <- group (primeFactors x)] 

-- (mcd xs) es el máximo común divisor de la lista xs. Por ejemplo,
--    mcd [4,6,10]  ==  2
--    mcd [4,5,10]  ==  1
mcd :: [Int] -> Int
mcd = foldl1 gcd

-- 3ª definición
-- -------------

potenciasPerfectas3 :: [Integer]
potenciasPerfectas3 = mezclaTodas potencias

-- potencias es la lista las listas de potencias de todos los números
-- mayores que 1 con exponentes mayores que 1. Por ejemplo,
--    λ> map (take 3) (take 4 potencias)
--    [[4,8,16],[9,27,81],[16,64,256],[25,125,625]]
potencias :: [[Integer]]
potencias = [[n^k | k <- [2..]] | n <- [2..]]

-- (mezclaTodas xss) es la mezcla ordenada sin repeticiones de las
-- listas ordenadas xss. Por ejemplo,
--    take 7 (mezclaTodas potencias)  ==  [4,8,9,16,25,27,32]
mezclaTodas :: Ord a => [[a]] -> [a]
mezclaTodas = foldr1 xmezcla
  where xmezcla (x:xs) ys = x : mezcla xs ys

-- (mezcla xs ys) es la mezcla ordenada sin repeticiones de las
-- listas ordenadas xs e ys. Por ejemplo,
--    take 7 (mezcla [2,5..] [4,6..])  ==  [2,4,5,6,8,10,11]
mezcla :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
mezcla (x:xs) (y:ys) | x < y  = x : mezcla xs (y:ys)
                     | x == y = x : mezcla xs ys
                     | x > y  = y : mezcla (x:xs) ys

-- Comparación de eficiencia
-- -------------------------

--    λ> potenciasPerfectas1 !! 200
--    28224
--    (7.24 secs, 9,245,991,160 bytes)
--    λ> potenciasPerfectas2 !! 200
--    28224
--    (0.30 secs, 814,597,152 bytes)
--    λ> potenciasPerfectas3 !! 200
--    28224
--    (0.01 secs, 7,061,120 bytes)

-- En lo que sigue se usa la 3ª definición
potenciasPerfectas :: [Integer]
potenciasPerfectas = potenciasPerfectas3

-- Definición de solucionesPillati
-- ===============================

solucionesPillati :: Integer -> [Integer]
solucionesPillati n =
  [x | x <- potenciasPerfectas
     , esPotenciaPerfecta2 (x+n)]

-- Definición de solucionesPillatiAcotadas
-- =======================================

solucionesPillatiAcotadas :: Integer -> Integer -> [Integer]
solucionesPillatiAcotadas c n =
  [x | x <- takeWhile (< (c-n)) potenciasPerfectas
     , esPotenciaPerfecta2 (x+n)]

100

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115

import Data.List (group)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

-- Definiciones de potenciasPerfectas

-- ==================================

-- 1ª definición

-- -------------

potenciasPerfectas1 :: [Integer]

potenciasPerfectas1 = filter esPotenciaPerfecta [4..]

-- (esPotenciaPerfecta x) se verifica si x es una potencia perfecta. Por

-- ejemplo,

-- esPotenciaPerfecta 36 == True

-- esPotenciaPerfecta 72 == False

esPotenciaPerfecta :: Integer -> Bool

esPotenciaPerfecta = not . null. potenciasPerfectasDe

-- (potenciasPerfectasDe x) es la lista de pares (a,b) tales que

-- x = a^b. Por ejemplo,

-- potenciasPerfectasDe 64 == [(2,6),(4,3),(8,2)]

-- potenciasPerfectasDe 72 == []

potenciasPerfectasDe :: Integer -> [(Integer,Integer)]

potenciasPerfectasDe n =

[(m,k) | m <- takeWhile (\x -> x*x <= n) [2..]

, k <- takeWhile (\x -> m^x <= n) [2..]

, m^k == n]

-- 2ª definición

-- -------------

potenciasPerfectas2 :: [Integer]

potenciasPerfectas2 = [x | x <- [4..], esPotenciaPerfecta2 x]

-- (esPotenciaPerfecta2 x) se verifica si x es una potencia perfecta. Por

-- ejemplo,

-- esPotenciaPerfecta2 36 == True

-- esPotenciaPerfecta2 72 == False

esPotenciaPerfecta2 :: Integer -> Bool

esPotenciaPerfecta2 x = mcd (exponentes x) > 1

-- (exponentes x) es la lista de los exponentes de l factorización prima

-- de x. Por ejemplos,

-- exponentes 36 == [2,2]

-- exponentes 72 == [3,2]

exponentes :: Integer -> [Int]

exponentes x = [length ys | ys <- group (primeFactors x)]

-- (mcd xs) es el máximo común divisor de la lista xs. Por ejemplo,

-- mcd [4,6,10] == 2

-- mcd [4,5,10] == 1

mcd :: [Int] -> Int

mcd = foldl1 gcd

-- 3ª definición

-- -------------

potenciasPerfectas3 :: [Integer]

potenciasPerfectas3 = mezclaTodas potencias

-- potencias es la lista las listas de potencias de todos los números

-- mayores que 1 con exponentes mayores que 1. Por ejemplo,

-- λ> map (take 3) (take 4 potencias)

-- [[4,8,16],[9,27,81],[16,64,256],[25,125,625]]

potencias :: [[Integer]]

potencias = [[n^k | k <- [2..]] | n <- [2..]]

-- (mezclaTodas xss) es la mezcla ordenada sin repeticiones de las

-- listas ordenadas xss. Por ejemplo,

-- take 7 (mezclaTodas potencias) == [4,8,9,16,25,27,32]

mezclaTodas :: Ord a => [[a]] -> [a]

mezclaTodas = foldr1 xmezcla

where xmezcla (x:xs) ys = x : mezcla xs ys

-- (mezcla xs ys) es la mezcla ordenada sin repeticiones de las

-- listas ordenadas xs e ys. Por ejemplo,

-- take 7 (mezcla [2,5..] [4,6..]) == [2,4,5,6,8,10,11]

mezcla :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]

mezcla (x:xs) (y:ys) | x < y = x : mezcla xs (y:ys)

| x == y = x : mezcla xs ys

| x > y = y : mezcla (x:xs) ys

-- Comparación de eficiencia

-- -------------------------

-- λ> potenciasPerfectas1 !! 200

-- 28224

-- (7.24 secs, 9,245,991,160 bytes)

-- λ> potenciasPerfectas2 !! 200

-- 28224

-- (0.30 secs, 814,597,152 bytes)

-- λ> potenciasPerfectas3 !! 200

-- 28224

-- (0.01 secs, 7,061,120 bytes)

-- En lo que sigue se usa la 3ª definición

potenciasPerfectas :: [Integer]

potenciasPerfectas = potenciasPerfectas3

-- Definición de solucionesPillati

-- ===============================

solucionesPillati :: Integer -> [Integer]

solucionesPillati n =

[x | x <- potenciasPerfectas

, esPotenciaPerfecta2 (x+n)]

-- Definición de solucionesPillatiAcotadas

-- =======================================

solucionesPillatiAcotadas :: Integer -> Integer -> [Integer]

solucionesPillatiAcotadas c n =

[x | x <- takeWhile (< (c-n)) potenciasPerfectas

, esPotenciaPerfecta2 (x+n)]

Referencia

Catalan’s conjecture en Wikipedia.

Pensamiento

Y te enviaré mi canción:
«Se canta lo que se pierde»,
con un papagayo verde
que la diga en tu balcón.

Antonio Machado

Números de Munchausen

PorJosé A. Alonso 13-enero-202020-enero-2020

Un número de Munchausen es un número entero positivo tal que es igual a la suma de sus dígitos elevados a sí mismo. Por ejemplo, 3435 es un número de Munchausen ya que

   3³ + 4⁴ + 3³ + 5⁵ = 27 + 256 + 27 + 3125 = 3435

1	3³ + 4⁴ + 3³ + 5⁵ = 27 + 256 + 27 + 3125 = 3435

Definir la función

   esMunchausen :: Integer -> Bool

1	esMunchausen :: Integer -> Bool

tal que (esMunchausen n) se verifica si n es un número de Munchausen. Por ejemplo,

   esMunchausen 3435  ==  True
   esMunchausen 2020  ==  False

1 2	esMunchausen 3435 == True esMunchausen 2020 == False

Comprobar con QuickCheck que que los únicos números de Munchausen son 1 y 3435.

Nota 1: No usar la propiedad en la definición.

Nota 2: El ejercicio está basado en el artículo ¿Por qué 3435 es uno de mis números favoritos? de Miguel Ángel Morales en El Aleph.

Soluciones

import Test.QuickCheck

esMunchausen :: Integer -> Bool
esMunchausen n =
  n == sum [x^x | x <- digitos n]

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 3435  ==  [3,4,3,5]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n = [read [c] | c <- show n]

-- La propiedad es
prop_Munchausen :: Integer -> Property
prop_Munchausen n =
  n > 0
  ==>
  esMunchausen n == elem n [1, 3435]

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_Munchausen
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

esMunchausen :: Integer -> Bool

esMunchausen n =

n == sum [x^x | x <- digitos n]

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,

-- digitos 3435 == [3,4,3,5]

digitos :: Integer -> [Integer]

digitos n = [read [c] | c <- show n]

-- La propiedad es

prop_Munchausen :: Integer -> Property

prop_Munchausen n =

n > 0

==>

esMunchausen n == elem n [1, 3435]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_Munchausen

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Escribiré en tu abanico:
te quiero para olvidarte,
para quererte te olvido.

Antonio Machado

Teorema de existencia de divisores

PorJosé A. Alonso 10-enero-20206-junio-2022

El teorema de existencia de divisores afirma que

En cualquier subconjunto de {1, 2, …, 2m} con al menos m+1 elementos existen números distintos a, b tales que a divide a b.

Un conjunto de números naturales xs es mayoritario si existe un m tal que la lista de xs es un subconjunto de {1,2,…,2m} con al menos m+1 elementos. Por ejemplo, {2,3,5,6} porque es un subconjunto de {1,2,…,6} con más de 3 elementos.

Definir las funciones

   divisoresMultiplos :: [Integer] -> [(Integer,Integer)]
   esMayoritario :: [Integer] -> Bool

1 2	divisoresMultiplos :: [Integer] -> [(Integer,Integer)] esMayoritario :: [Integer] -> Bool

tales que

(divisores xs) es la lista de pares de elementos distintos de (a,b) tales que a divide a b. Por ejemplo,

     divisoresMultiplos [2,3,5,6]  ==  [(2,6),(3,6)]
     divisoresMultiplos [2,3,5]    ==  []
     divisoresMultiplos [4..8]     ==  [(4,8)]

divisoresMultiplos [2,3,5,6] == [(2,6),(3,6)]

divisoresMultiplos [2,3,5] == []

divisoresMultiplos [4..8] == [(4,8)]

(esMayoritario xs) se verifica xs es mayoritario. Por ejemplo,

     esMayoritario [2,3,5,6]  ==  True
     esMayoritario [2,3,5]    ==  False

1 2	esMayoritario [2,3,5,6] == True esMayoritario [2,3,5] == False

Comprobar con QuickCheck el teorema de existencia de divisores; es decir, en cualquier conjunto mayoritario existen números distintos a, b tales que a divide a b. Para la comprobación se puede usar el siguiente generador de conjuntos mayoritarios

   mayoritario :: Gen [Integer]
   mayoritario = do
     m' <- arbitrary
     let m = 1 + abs m'
     xs' <- sublistOf [1..2*m] `suchThat` (\ys -> genericLength ys > m)
     return xs'

mayoritario :: Gen [Integer]

mayoritario = do

m' <- arbitrary

let m = 1 + abs m'

xs' <- sublistOf [1..2*m] `suchThat` (\ys -> genericLength ys > m)

return xs'

con lo que la propiedad que hay que comprobar con QuickCheck es

   teorema_de_existencia_de_divisores :: Property
   teorema_de_existencia_de_divisores =
     forAll mayoritario (not . null . divisoresMultiplos)

teorema_de_existencia_de_divisores :: Property

teorema_de_existencia_de_divisores =

forAll mayoritario (not . null . divisoresMultiplos)

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Test.QuickCheck

divisoresMultiplos :: [Integer] -> [(Integer,Integer)]
divisoresMultiplos xs =
  [(x,y) | x <- xs
         , y <- xs
         , y /= x
         , y `mod` x == 0]

esMayoritario :: [Integer] -> Bool
esMayoritario xs =
  not (null xs) && length xs > ceiling (n / 2) 
  where n = fromIntegral (maximum xs)

-- Comprobación del teorema
-- ========================

-- La propiedad es
teorema_de_existencia_de_divisores :: Property
teorema_de_existencia_de_divisores =
  forAll mayoritario (not . null . divisoresMultiplos)

-- mayoritario es un generador de conjuntos mayoritarios. Por ejemplo, 
--    λ> sample mayoritario
--    [1,2]
--    [2,5,7,8]
--    [1,2,8,10,14]
--    [3,8,11,12,13,15,18,19,22,23,25,26]
--    [1,3,4,6]
--    [3,6,9,11,12,14,17,19]
mayoritario :: Gen [Integer]
mayoritario = do
  m' <- arbitrary
  let m = 1 + abs m'
  xs' <- sublistOf [1..2*m] `suchThat` (\ys -> genericLength ys > m)
  return xs'

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck teorema_de_existencia_de_divisores
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (genericLength)

import Test.QuickCheck

divisoresMultiplos :: [Integer] -> [(Integer,Integer)]

divisoresMultiplos xs =

[(x,y) | x <- xs

, y <- xs

, y /= x

, y `mod` x == 0]

esMayoritario :: [Integer] -> Bool

esMayoritario xs =

not (null xs) && length xs > ceiling (n / 2)

where n = fromIntegral (maximum xs)

-- Comprobación del teorema

-- ========================

-- La propiedad es

teorema_de_existencia_de_divisores :: Property

teorema_de_existencia_de_divisores =

forAll mayoritario (not . null . divisoresMultiplos)

-- mayoritario es un generador de conjuntos mayoritarios. Por ejemplo,

-- λ> sample mayoritario

-- [1,2]

-- [2,5,7,8]

-- [1,2,8,10,14]

-- [3,8,11,12,13,15,18,19,22,23,25,26]

-- [1,3,4,6]

-- [3,6,9,11,12,14,17,19]

mayoritario :: Gen [Integer]

mayoritario = do

m' <- arbitrary

let m = 1 + abs m'

xs' <- sublistOf [1..2*m] `suchThat` (\ys -> genericLength ys > m)

return xs'

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck teorema_de_existencia_de_divisores

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Guiomar, Guiomar,
mírame en ti castigado:
reo de haberte creado,
ya no te puedo olvidar.

Antonio Machado

Teorema de Hilbert-Waring

PorJosé A. Alonso 9-enero-202016-enero-2020

El problema de Waring, propuesto por Edward Waring consiste en déterminar si, para cada número entero k mayor que 1, existe un número n tal que todo entero positivo se puede escribir como una suma de k-potencias de números positivos con n sumandos como máximo.

La respuesta afirmativa al problema, aportada por David Hilbert, se conoce como el teorema de Hilbert-Waring. Su enunciado es

Para cada número entero k, con k ≥ 2, existe un entero positivo g(k) tal que todo entero positivo se puede expresar como una suma de a lo más g(k) k-ésimas potencias.

Definir las funciones

   descomposiciones :: Integer -> Integer -> Integer -> [[Integer]]
   orden :: Integer -> Integer -> Integer

1 2	descomposiciones :: Integer -> Integer -> Integer -> [[Integer]] orden :: Integer -> Integer -> Integer

tales que

(descomposiciones x k n) es la lista de descomposiciones de x como suma de n potencias con exponente k de números enteros positivos.

     descomposiciones 9   2 1  ==  [[9]]
     descomposiciones 9   3 1  ==  []
     descomposiciones 9   3 2  ==  [[1,8]]
     descomposiciones 9   4 9  ==  [[1,1,1,1,1,1,1,1,1]]
     descomposiciones 25  2 2  ==  [[9,16]]
     descomposiciones 133 2 3  ==  [[8,125]]
     descomposiciones 38  3 2  ==  [[1,1,36],[4,9,25]]

descomposiciones 9 2 1 == [[9]]

descomposiciones 9 3 1 == []

descomposiciones 9 3 2 == [[1,8]]

descomposiciones 9 4 9 == [[1,1,1,1,1,1,1,1,1]]

descomposiciones 25 2 2 == [[9,16]]

descomposiciones 133 2 3 == [[8,125]]

descomposiciones 38 3 2 == [[1,1,36],[4,9,25]]

(orden x k) es el menor número de sumandos necesario para expresar x como suma de k-ésimas potencias. Por ejemplo,

     orden 9  2  ==  1
     orden 9  3  ==  2
     orden 9  4  ==  9
     orden 10 2  ==  2
     orden 10 3  ==  3
     orden 10 4  ==  10
     [maximum [orden x k | x <- [1..1000]] | k <- [1..6]] == [1,4,9,19,37,73]

orden 9 2 == 1

orden 9 3 == 2

orden 9 4 == 9

orden 10 2 == 2

orden 10 3 == 3

orden 10 4 == 10

[maximum [orden x k | x <- [1..1000]] | k <- [1..6]] == [1,4,9,19,37,73]

Comprobar el teorema de Hilbert-Waring para k hasta 7; es decir, para todo número x positivo se verifica que

   orden x 2 <= 4   
   orden x 3 <= 9   
   orden x 4 <= 19  
   orden x 5 <= 37  
   orden x 6 <= 73  
   orden x 7 <= 143

orden x 2 <= 4

orden x 3 <= 9

orden x 4 <= 19

orden x 5 <= 37

orden x 6 <= 73

orden x 7 <= 143

y, en general,

   orden x k <= 2^k + floor ((3/2)^k) - 2

1	orden x k <= 2^k + floor ((3/2)^k) - 2

Soluciones

import Test.QuickCheck

descomposiciones :: Integer -> Integer -> Integer -> [[Integer]]
descomposiciones x k n =
  sumas x (takeWhile (<= x) (potencias k)) n

-- (potencias n) es la lista de las potencias de n
--    take 7 (potencias 2)  ==  [1,4,9,16,25,36,49]
--    take 7 (potencias 3)  ==  [1,8,27,64,125,216,343]
potencias :: Integer -> [Integer]
potencias n = map (^n) [1..]

-- (sumas n ys x) es la lista de las descomposiciones de x como
-- sumas de n sumandos de la lista creciente ys. Por ejemplo,
--    sumas 3 [1,2] 2  ==  [[1,2]]
--    sumas 4 [1,2] 2  ==  [[2,2]]
--    sumas 5 [1,2] 2  ==  []
--    sumas 5 [1,2] 3  ==  [[1,2,2]]
--    sumas 6 [1,2] 3  ==  [[2,2,2]]
--    sumas 6 [1,2,5] 2  ==  [[1,5]]
sumas :: Integer -> [Integer] -> Integer -> [[Integer]]
sumas _ [] _                   = []
sumas x ys 1     | x `elem` ys = [[x]]
                 | otherwise   = []
sumas x (y:ys) n | y > x       = []
                 | otherwise   = map (y:) (sumas (x-y) (y:ys) (n-1)) ++
                                 sumas x ys n

orden :: Integer -> Integer -> Integer
orden x k = head [n | n <- [1..]
                    , not (null (descomposiciones x k n))]

-- El teorema es                                 
teorema_Hilbert_Waring :: Integer -> Integer -> Property
teorema_Hilbert_Waring x k =
  x > 0 && k >= 2
  ==>
  orden x 2 <= 4   &&
  orden x 3 <= 9   &&
  orden x 4 <= 19  &&
  orden x 5 <= 37  &&
  orden x 6 <= 73  &&
  orden x 7 <= 143 &&
  orden x k <= 2^k + floor ((3/2)^k) - 2

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck teorema_Hilbert_Waring
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

descomposiciones :: Integer -> Integer -> Integer -> [[Integer]]

descomposiciones x k n =

sumas x (takeWhile (<= x) (potencias k)) n

-- (potencias n) es la lista de las potencias de n

-- take 7 (potencias 2) == [1,4,9,16,25,36,49]

-- take 7 (potencias 3) == [1,8,27,64,125,216,343]

potencias :: Integer -> [Integer]

potencias n = map (^n) [1..]

-- (sumas n ys x) es la lista de las descomposiciones de x como

-- sumas de n sumandos de la lista creciente ys. Por ejemplo,

-- sumas 3 [1,2] 2 == [[1,2]]

-- sumas 4 [1,2] 2 == [[2,2]]

-- sumas 5 [1,2] 2 == []

-- sumas 5 [1,2] 3 == [[1,2,2]]

-- sumas 6 [1,2] 3 == [[2,2,2]]

-- sumas 6 [1,2,5] 2 == [[1,5]]

sumas :: Integer -> [Integer] -> Integer -> [[Integer]]

sumas _ [] _ = []

sumas x ys 1 | x `elem` ys = [[x]]

| otherwise = []

sumas x (y:ys) n | y > x = []

| otherwise = map (y:) (sumas (x-y) (y:ys) (n-1)) ++

sumas x ys n

orden :: Integer -> Integer -> Integer

orden x k = head [n | n <- [1..]

, not (null (descomposiciones x k n))]

-- El teorema es

teorema_Hilbert_Waring :: Integer -> Integer -> Property

teorema_Hilbert_Waring x k =

x > 0 && k >= 2

==>

orden x 2 <= 4 &&

orden x 3 <= 9 &&

orden x 4 <= 19 &&

orden x 5 <= 37 &&

orden x 6 <= 73 &&

orden x 7 <= 143 &&

orden x k <= 2^k + floor ((3/2)^k) - 2

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck teorema_Hilbert_Waring

-- +++ OK, passed 100 tests.

Referencia

Basado en Hilbert-Waring theorem de ProofWiki.

Pensamiento

¡Y en la tersa arena,
cerca de la mar,
tu carne rosa y morena,
súbitamente Guiomar!

Antonio Machado

Enteros como sumas de tres coprimos.

PorJosé A. Alonso 8-enero-202015-enero-2020

Dos números enteros son coprimos (o primos entre sí) si no tienen ningún factor primo en común. Por ejemplo, 4 y 15 son coprimos.

Una terna coprima es una terna (a,b,c) tal que

a y b son coprimos,
a y c son coprimos y
b y c son coprimos.

Por ejemplo, (3,4,5) es una terna coprima.

Definir la función

   sumas3coprimos :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer)]

1	sumas3coprimos :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer)]

tal que (sumas3coprimos n) es la lista de las ternas coprimas cuya suma es n. Por ejemplo,

   sumas3coprimos 10  ==  [(2,3,5)]
   sumas3coprimos 11  ==  []
   sumas3coprimos 12  ==  [(2,3,7),(3,4,5)]
   length (sumas3coprimos 4000)  ==  546146

sumas3coprimos 10 == [(2,3,5)]

sumas3coprimos 11 == []

sumas3coprimos 12 == [(2,3,7),(3,4,5)]

length (sumas3coprimos 4000) == 546146

Comprobar con QuickCheck que todo número entero mayor que 17 se puede escribir como suma de alguna terna coprima; es decir, para todo entero n, (sumas3coprimos2 (18 + abs n)) tiene algún elemento.

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

sumas3coprimos :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer)]
sumas3coprimos n =
  [(a,b,c) | a <- [2..n]
           , b <- [a+1..n]
           , c <- [b+1..n]
           , a + b + c == n
           , gcd a b == 1
           , gcd a c == 1
           , gcd b c == 1]

-- 2ª solución
-- ===========

sumas3coprimos2 :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer)]
sumas3coprimos2 n =
  [(a,b,c) | a <- [2..n `div` 3]
           , b <- [a+1..(n - a) `div` 2]
           , gcd a b == 1
           , let c = n - a - b  
           , gcd a c == 1
           , gcd b c == 1]

-- Equivalencia de las definiciones
-- ================================

-- La propiedad de equivalencia es
prop_sumas3coprimos_equiv :: Integer -> Property
prop_sumas3coprimos_equiv n =
  n > 0 ==> sumas3coprimos n == sumas3coprimos2 n

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumas3coprimos_equiv
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

--    λ> length (sumas3coprimos 400)
--    5345
--    (4.16 secs, 2,894,799,744 bytes)
--    λ> length (sumas3coprimos2 400)
--    5345
--    (0.06 secs, 16,565,136 bytes)

-- Propiedad
-- =========

-- La propiedad
prop_sumas3coprimos :: Integer -> Bool
prop_sumas3coprimos n =
  not (null (sumas3coprimos2 (18 + abs n)))

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumas3coprimos
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

-- ===========

sumas3coprimos :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer)]

sumas3coprimos n =

[(a,b,c) | a <- [2..n]

, b <- [a+1..n]

, c <- [b+1..n]

, a + b + c == n

, gcd a b == 1

, gcd a c == 1

, gcd b c == 1]

-- 2ª solución

-- ===========

sumas3coprimos2 :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer)]

sumas3coprimos2 n =

[(a,b,c) | a <- [2..n `div` 3]

, b <- [a+1..(n - a) `div` 2]

, gcd a b == 1

, let c = n - a - b

, gcd a c == 1

, gcd b c == 1]

-- Equivalencia de las definiciones

-- ================================

-- La propiedad de equivalencia es

prop_sumas3coprimos_equiv :: Integer -> Property

prop_sumas3coprimos_equiv n =

n > 0 ==> sumas3coprimos n == sumas3coprimos2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumas3coprimos_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- λ> length (sumas3coprimos 400)

-- 5345

-- (4.16 secs, 2,894,799,744 bytes)

-- λ> length (sumas3coprimos2 400)

-- 5345

-- (0.06 secs, 16,565,136 bytes)

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad

prop_sumas3coprimos :: Integer -> Bool

prop_sumas3coprimos n =

not (null (sumas3coprimos2 (18 + abs n)))

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumas3coprimos

-- +++ OK, passed 100 tests.

Referencias

Basado en Integers as sum of three pairwise coprime integers de ProofWiki.

Pensamiento

Todo amor es fantasía;
él inventa el año, el día,
la hora y su melodía;
inventa el amante y, más
la amada. No prueba nada,
contra el amor, que la amada
no haya existido jamás.

Antonio Machado

La mayor potencia de dos no es divisor

PorJosé A. Alonso 7-enero-202014-enero-2020

Para cada número entero positivo n, se define el conjunto

   S(n) = {1, 2, 3, ..., n}

1	S(n) = {1, 2, 3, ..., n}

de los números desde el 1 hasta n.

Definir la función

   mayorPotenciaDeDosEnS :: Integer -> Integer

1	mayorPotenciaDeDosEnS :: Integer -> Integer

tal que (mayorPotenciaDeDosEnS n) es la mayor potencia de 2 en S(n). Por ejemplo,

   mayorPotenciaDeDosEnS 3  ==  2
   mayorPotenciaDeDosEnS 4  ==  4

1 2	mayorPotenciaDeDosEnS 3 == 2 mayorPotenciaDeDosEnS 4 == 4

Comprobar con QuickCheck que la mayor potencia de 2 en S(n) no divide a ningún otro elemento de S(n).

Soluciones

import Data.List (delete)
import Test.QuickCheck

mayorPotenciaDeDosEnS :: Integer -> Integer
mayorPotenciaDeDosEnS n =
  last (takeWhile (<=n) potenciasDeDos)

-- potenciasDeDos es la lista de las potencias de 2. Por ejemplo,
--    take 5 potenciasDeDos  ==  [1,2,4,8,16]
potenciasDeDos :: [Integer]
potenciasDeDos = iterate (*2) 1

-- La propiedad es
prop_mayorPotenciaDeDosEnS :: Integer -> Property
prop_mayorPotenciaDeDosEnS n =
  n > 0 ==> all (x `noDivide`) (delete x [1..n])
  where x = mayorPotenciaDeDosEnS n
        x `noDivide` y = y `mod` x /= 0

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_mayorPotenciaDeDosEnS
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (delete)

import Test.QuickCheck

mayorPotenciaDeDosEnS :: Integer -> Integer

mayorPotenciaDeDosEnS n =

last (takeWhile (<=n) potenciasDeDos)

-- potenciasDeDos es la lista de las potencias de 2. Por ejemplo,

-- take 5 potenciasDeDos == [1,2,4,8,16]

potenciasDeDos :: [Integer]

potenciasDeDos = iterate (*2) 1

-- La propiedad es

prop_mayorPotenciaDeDosEnS :: Integer -> Property

prop_mayorPotenciaDeDosEnS n =

n > 0 ==> all (x `noDivide`) (delete x [1..n])

where x = mayorPotenciaDeDosEnS n

x `noDivide` y = y `mod` x /= 0

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_mayorPotenciaDeDosEnS

-- +++ OK, passed 100 tests.

Referencia

Basado en Greatest power of two not divisor de ProofWiki.

Pensamiento

¡Sólo tu figura,
como una centella blanca,
en mi noche oscura.

Antonio Machado

Factorizaciones de 4n+1

PorJosé A. Alonso 6-enero-202013-enero-2020

Sea S el conjunto

   S = {1, 5, 9, 13, 17, 21, 25, 29, 33, 37, 41, 45, ...}

1	S = {1, 5, 9, 13, 17, 21, 25, 29, 33, 37, 41, 45, ...}

de los enteros positivos congruentes con 1 módulo 4; es decir,

   S = {4n+1 | n ∈ N}

1	S = {4n+1 \| n ∈ N}

Un elemento n de S es irreducible si sólo es divisible por dos elementos de S: 1 y n. Por ejemplo, 9 es irreducible; pero 45 no lo es (ya que es el proctos de 5 y 9 que son elementos de S).

Definir las funciones

   esIrreducible :: Integer -> Bool
   factorizaciones :: Integer -> [[Integer]]
   conFactorizacionNoUnica :: [Integer]

esIrreducible :: Integer -> Bool

factorizaciones :: Integer -> [[Integer]]

conFactorizacionNoUnica :: [Integer]

tales que

(esIrreducible n) se verifica si n es irreducible. Por ejemplo,

     esIrreducible 9   ==  True
     esIrreducible 45  ==  False

1 2	esIrreducible 9 == True esIrreducible 45 == False

(factorizaciones n) es la lista de conjuntos de elementos irreducibles de S cuyo producto es n. Por ejemplo,

     factorizaciones 9     ==  [[9]]
     factorizaciones 693   ==  [[9,77],[21,33]]
     factorizaciones 4389  ==  [[21,209],[33,133],[57,77]]
     factorizaciones 2205  ==  [[5,9,49],[5,21,21]]

factorizaciones 9 == [[9]]

factorizaciones 693 == [[9,77],[21,33]]

factorizaciones 4389 == [[21,209],[33,133],[57,77]]

factorizaciones 2205 == [[5,9,49],[5,21,21]]

conFactorizacionNoUnica es la lista de elementos de S cuya factorización no es única. Por ejemplo,

     λ> take 10 conFactorizacionNoUnica
     [441,693,1089,1197,1449,1617,1881,1953,2205,2277]

1 2	λ> take 10 conFactorizacionNoUnica [441,693,1089,1197,1449,1617,1881,1953,2205,2277]

Soluciones

esIrreducible :: Integer -> Bool
esIrreducible n = divisores n == [1,n]

-- (divisores n) es el conjunto de elementos de S que dividen a n. Por
-- ejemplo, 
--    divisores 9    ==  [9]
--    divisores 693  ==  [9,21,33,77,693]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores n = [x | x <- [1,5..n], n `mod` x == 0] 
  
factorizaciones :: Integer -> [[Integer]]
factorizaciones 1 = [[1]]
factorizaciones n
  | esIrreducible n = [[n]]
  | otherwise       = [d:ds | d <- divisores n
                            , esIrreducible d
                            , ds@(e:_) <- factorizaciones (n `div` d)
                            , d <= e]

conFactorizacionNoUnica :: [Integer]
conFactorizacionNoUnica =
  [n | n <- [1,5..], length (factorizaciones n) > 1]

esIrreducible :: Integer -> Bool

esIrreducible n = divisores n == [1,n]

-- (divisores n) es el conjunto de elementos de S que dividen a n. Por

-- ejemplo,

-- divisores 9 == [9]

-- divisores 693 == [9,21,33,77,693]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores n = [x | x <- [1,5..n], n `mod` x == 0]

factorizaciones :: Integer -> [[Integer]]

factorizaciones 1 = [[1]]

factorizaciones n

| esIrreducible n = [[n]]

| otherwise = [d:ds | d <- divisores n

, esIrreducible d

, ds@(e:_) <- factorizaciones (n `div` d)

, d <= e]

conFactorizacionNoUnica :: [Integer]

conFactorizacionNoUnica =

[n | n <- [1,5..], length (factorizaciones n) > 1]

Pensamiento

¡Qué bien los nombres ponía
quien puso Sierra Morena
a esta serranía!

Antonio Machado

Teorema de Liouville sobre listas CuCu

PorJosé A. Alonso 3-enero-202010-enero-2020

Una lista CuCu es una lista de números enteros positivos tales que la suma de sus Cubos es igual al Cuadrado de su suma. Por ejemplo, [1, 2, 3, 2, 4, 6] es una lista CuCu ya que

   1³ + 2³ + 3³ + 2³ + 4³ + 6³ = (1 + 2 + 3 + 2 + 4 + 6)²

1	1³ + 2³ + 3³ + 2³ + 4³ + 6³ = (1 + 2 + 3 + 2 + 4 + 6)²

La lista de Liouville correspondiente al número entero positivo n es la lista formada por el número de divisores de cada divisor de n. Por ejemplo, para el número 20 se tiene que sus divisores son

   1, 2, 4, 5, 10, 20

1	1, 2, 4, 5, 10, 20

puesto que el número de sus divisores es

El 1 tiene 1 divisor (el 1 solamente).
El 2 tiene 2 divisores (el 1 y el 2).
El 4 tiene 3 divisores (el 1, el 2 y el 4).
El 5 tiene 2 divisores (el 1 y el 5).
El 10 tiene 4 divisores (el 1, el 2, el 5 y el 10).
El 20 tiene 6 divisores (el 1, el 2, el 4, el 5, el 10 y el 20).

la lista de Liouville de 20 es [1, 2, 3, 2, 4, 6] que, como se comentó anteriormente, es una lista CuCu.

El teorema de Lioville afirma que todas las lista de Lioville son CuCu.

Definir las funciones

   esCuCu :: [Integer] -> Bool
   liouville :: Integer -> [Integer]

1 2	esCuCu :: [Integer] -> Bool liouville :: Integer -> [Integer]

tales que

(esCuCu xs) se verifica si la lista xs es CuCu; es decir, la suma de los cubos de sus elementos es igual al cuadrado de su suma. Por ejemplo,

     esCuCu [1,2,3]        ==  True
     esCuCu [1,2,3,2]      ==  False
     esCuCu [1,2,3,2,4,6]  ==  True

esCuCu [1,2,3] == True

esCuCu [1,2,3,2] == False

esCuCu [1,2,3,2,4,6] == True

(liouville n) es la lista de Lioville correspondiente al número n. Por ejemplo,

     liouville 20  ==  [1,2,3,2,4,6]
     liouville 60  ==  [1,2,2,3,2,4,4,6,4,6,8,12]
     length (liouville (product [1..25]))  ==  340032

liouville 20 == [1,2,3,2,4,6]

liouville 60 == [1,2,2,3,2,4,4,6,4,6,8,12]

length (liouville (product [1..25])) == 340032

Comprobar con QuickCheck

que para todo entero positivo n, (liouville (2^n)) es la lista [1,2,3,…,n+1] y
el teorema de Lioville; es decir, para todo entero positivo n, (liouville n) es una lista CuCu.

Nota: Este ejercicio está basado en Cómo generar conjuntos CuCu de Gaussianos.

Soluciones

import Data.List (genericLength, group, inits, sort)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Test.QuickCheck

esCuCu :: [Integer] -> Bool
esCuCu xs = sum (map (^3) xs) == (sum xs)^2

-- 1ª definición de liouville
-- ==========================

liouville :: Integer -> [Integer]
liouville n = map numeroDivisores (divisores n)

-- (divisores x) es el conjunto de divisores de los x. Por ejemplo, 
--   divisores 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores n = [x | x <- [1..n], n `mod` x == 0]

-- (numeroDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo, 
--    numeroDivisores 12  ==  6
--    numeroDivisores 25  ==  3
numeroDivisores :: Integer -> Integer
numeroDivisores n = genericLength (divisores n) 

  -- 2ª definición de liouville
-- ============================

liouville2 :: Integer -> [Integer]
liouville2 n = map numeroDivisores2 (divisores2 n)

-- Se usan las funciones
-- + divisores de "Conjunto de divisores" http://bit.ly/2OtbFIj
-- + numeroDivisores de "Número de divisores" http://bit.ly/2DgVh74

-- (divisores2 x) es el conjunto de divisores de los x. Por ejemplo, 
--   divisores2 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores2 :: Integer -> [Integer]
divisores2 = sort
           . map (product . concat)
           . sequence
           . map inits
           . group
           . primeFactors

-- (numeroDivisores2 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo, 
--    numeroDivisores2 12  ==  6
--    numeroDivisores2 25  ==  3
numeroDivisores2 :: Integer -> Integer
numeroDivisores2 =
  product . map ((+1) . genericLength) . group . primeFactors

-- Comparación de eficiencia
-- =========================

-- La comparación es
--    λ> length (liouville (product [1..11]))
--    540
--    (13.66 secs, 7,983,550,640 bytes)
--    λ> length (liouville2 (product [1..11]))
--    540
--    (0.01 secs, 1,255,328 bytes)

-- Propiedad
-- =========

-- La propiedad es
prop_Liouville :: Integer -> Property
prop_Liouville n =
  n > 0 ==> liouville2 (2^n) == [1..n+1]

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_Liouville
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- Teorema de Liouville
-- ====================

-- La propiedad es
teorema_Liouville :: Integer -> Property
teorema_Liouville n =
  n > 0 ==> esCuCu (liouville n)

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck teorema_Liouville
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (genericLength, group, inits, sort)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Test.QuickCheck

esCuCu :: [Integer] -> Bool

esCuCu xs = sum (map (^3) xs) == (sum xs)^2

-- 1ª definición de liouville

-- ==========================

liouville :: Integer -> [Integer]

liouville n = map numeroDivisores (divisores n)

-- (divisores x) es el conjunto de divisores de los x. Por ejemplo,

-- divisores 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores n = [x | x <- [1..n], n `mod` x == 0]

-- (numeroDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

-- numeroDivisores 12 == 6

-- numeroDivisores 25 == 3

numeroDivisores :: Integer -> Integer

numeroDivisores n = genericLength (divisores n)

-- 2ª definición de liouville

-- ============================

liouville2 :: Integer -> [Integer]

liouville2 n = map numeroDivisores2 (divisores2 n)

-- Se usan las funciones

-- + divisores de "Conjunto de divisores" http://bit.ly/2OtbFIj

-- + numeroDivisores de "Número de divisores" http://bit.ly/2DgVh74

-- (divisores2 x) es el conjunto de divisores de los x. Por ejemplo,

-- divisores2 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores2 :: Integer -> [Integer]

divisores2 = sort

. map (product . concat)

. sequence

. map inits

. group

. primeFactors

-- (numeroDivisores2 x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

-- numeroDivisores2 12 == 6

-- numeroDivisores2 25 == 3

numeroDivisores2 :: Integer -> Integer

numeroDivisores2 =

product . map ((+1) . genericLength) . group . primeFactors

-- Comparación de eficiencia

-- =========================

-- La comparación es

-- λ> length (liouville (product [1..11]))

-- 540

-- (13.66 secs, 7,983,550,640 bytes)

-- λ> length (liouville2 (product [1..11]))

-- 540

-- (0.01 secs, 1,255,328 bytes)

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad es

prop_Liouville :: Integer -> Property

prop_Liouville n =

n > 0 ==> liouville2 (2^n) == [1..n+1]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_Liouville

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Teorema de Liouville

-- ====================

-- La propiedad es

teorema_Liouville :: Integer -> Property

teorema_Liouville n =

n > 0 ==> esCuCu (liouville n)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck teorema_Liouville

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

¡Oh, tarde viva y quieta
que opuso al panta rhei su nada corre.

Antonio Machado

Conjetura de Grimm

PorJosé A. Alonso 2-enero-202015-enero-2020

La conjetura de Grimm establece que a cada elemento de un conjunto de números compuestos consecutivos se puede asignar un número primo que lo divide, de forma que cada uno de los números primos elegidos es distinto de todos los demás. Más formalmente, si n+1, n+2, …, n+k son números compuestos, entonces existen números primos p(i), distintos entre sí, tales que p(i) divide a n+i para 1 ≤ i ≤ k.

Diremos que la lista ps = [p(1),…,p(k)] es una sucesión de Grim para la lista xs = [x(1),…,x(k)] si p(i) son números primos distintos y p(i) divide a x(i), para 1 ≤ i ≤ k. Por ejemplo, 2, 5, 13, 3, 7 es una sucesión de Grim de 24, 25, 26, 27, 28.

Definir las funciones

   compuestos :: Integer -> [Integer]
   sucesionesDeGrim :: [Integer] -> [[Integer]]

1 2	compuestos :: Integer -> [Integer] sucesionesDeGrim :: [Integer] -> [[Integer]]

tales que

(compuestos n) es la mayor lista de números enteros consecutivos empezando en n. Por ejemplo,

     compuestos 24  ==  [24,25,26,27,28]
     compuestos  8  ==  [8,9,10]
     compuestos 15  ==  [15,16]
     compuestos 16  ==  [16]
     compuestos 17  ==  []

compuestos 24 == [24,25,26,27,28]

compuestos 8 == [8,9,10]

compuestos 15 == [15,16]

compuestos 16 == [16]

compuestos 17 == []

(sucesionesDeGrim xs) es la lista de las sucesiones de Grim de xs. Por ejemplo,

     sucesionesDeGrim [15,16]          == [[3,2],[5,2]]
     sucesionesDeGrim [8,9,10]         == [[2,3,5]]
     sucesionesDeGrim [9,10]           == [[3,2],[3,5]]
     sucesionesDeGrim [24,25,26,27,28] == [[2,5,13,3,7]]
     sucesionesDeGrim [25,26,27,28]    == [[5,2,3,7],[5,13,3,2],[5,13,3,7]]

sucesionesDeGrim [15,16] == [[3,2],[5,2]]

sucesionesDeGrim [8,9,10] == [[2,3,5]]

sucesionesDeGrim [9,10] == [[3,2],[3,5]]

sucesionesDeGrim [24,25,26,27,28] == [[2,5,13,3,7]]

sucesionesDeGrim [25,26,27,28] == [[5,2,3,7],[5,13,3,2],[5,13,3,7]]

Comprobar con QuickCheck la conjetura de Grim; es decir, para todo número n > 1, (sucesionesDeGrim (compuestos n)) es una lista no vacía.

Soluciones

import Data.List (nub)
import Data.Numbers.Primes (isPrime, primeFactors)
import Test.QuickCheck

compuestos :: Integer -> [Integer]
compuestos n = takeWhile (not . isPrime) [n..]

sucesionesDeGrim :: [Integer] -> [[Integer]]
sucesionesDeGrim [] = [[]]
sucesionesDeGrim (x:xs) =
  [y:ys | y <- divisoresPrimos x
        , ys <- sucesionesDeGrim xs
        , y `notElem` ys]

-- (divisoresPrimos n) es la lista de los divisores primos de n. Por
-- ejemplo, 
--    divisoresPrimos 60  ==  [2,3,5]
divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]
divisoresPrimos = nub . primeFactors

-- La propiedad es
conjeturaDeGrim :: Integer -> Property
conjeturaDeGrim n =
  n > 1 ==> not (null (sucesionesDeGrim (compuestos n))) 

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck conjeturaDeGrim
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (nub)

import Data.Numbers.Primes (isPrime, primeFactors)

import Test.QuickCheck

compuestos :: Integer -> [Integer]

compuestos n = takeWhile (not . isPrime) [n..]

sucesionesDeGrim :: [Integer] -> [[Integer]]

sucesionesDeGrim [] = [[]]

sucesionesDeGrim (x:xs) =

[y:ys | y <- divisoresPrimos x

, ys <- sucesionesDeGrim xs

, y `notElem` ys]

-- (divisoresPrimos n) es la lista de los divisores primos de n. Por

-- ejemplo,

-- divisoresPrimos 60 == [2,3,5]

divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]

divisoresPrimos = nub . primeFactors

-- La propiedad es

conjeturaDeGrim :: Integer -> Property

conjeturaDeGrim n =

n > 1 ==> not (null (sucesionesDeGrim (compuestos n)))

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck conjeturaDeGrim

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

De encinar en encinar
se va fatigando el día.

Antonio Machado

Teorema de Carmichael

PorJosé A. Alonso 1-enero-20208-enero-2020

La sucesión de Fibonacci, F(n), es la siguiente sucesión infinita de números naturales:

   0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, ...

1	0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, ...

La sucesión comieanza con los números 0 y 1. A partir de estos, cada término es la suma de los dos anteriores.

El teorema de Carmichael establece que para todo n mayor que 12, el n-ésimo número de Fibonacci F(n) tiene al menos un factor primo que no es factor de ninguno de los términos anteriores de la sucesión.

Si un número primo p es un factor de F(n) y no es factor de ningún F(m) con m < n, entonces se dice que p es un factor característico o un divisor primitivo de F(n).

Definir la función

   factoresCaracteristicos :: Int -> [Integer]

1	factoresCaracteristicos :: Int -> [Integer]

tal que (factoresCaracteristicos n) es la lista de los factores característicos de F(n). Por ejemplo,

   factoresCaracteristicos  4  ==  [3]
   factoresCaracteristicos  6  ==  []
   factoresCaracteristicos 19  ==  [37,113]
   factoresCaracteristicos 20  ==  [41]
   factoresCaracteristicos 37  ==  [73,149,2221]

factoresCaracteristicos 4 == [3]

factoresCaracteristicos 6 == []

factoresCaracteristicos 19 == [37,113]

factoresCaracteristicos 20 == [41]

factoresCaracteristicos 37 == [73,149,2221]

Comprobar con QuickCheck el teorema de Carmichael; es decir, para todo número entero (factoresCaracteristicos (13 + abs n)) es una lista no vacía.

Soluciones

import Data.List (nub)
import Data.Numbers.Primes
import Test.QuickCheck

factoresCaracteristicos :: Int -> [Integer]
factoresCaracteristicos n =
  [x | x <- factoresPrimos (fib n)
     , and [fib m `mod` x /= 0 | m <- [1..n-1]]]

-- (fib n) es el n-ésimo término de la sucesión de Fibonacci. Por
-- ejemplo,
--    fib 6  ==  8
fib :: Int -> Integer
fib n = fibs !! n

-- fibs es la lista de términos de la sucesión de Fibonacci. Por ejemplo,
--    λ> take 20 fibs
--    [0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610,987,1597,2584,4181]
fibs :: [Integer]
fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

-- (factoresPrimos n) es la lista de los factores primos de n. Por
-- ejemplo, 
--    factoresPrimos 600  ==  [2,3,5]
factoresPrimos :: Integer -> [Integer]
factoresPrimos 0 = []
factoresPrimos n = nub (primeFactors n)

-- Teorema
-- =======

-- El teorema es
teorema_de_Carmichael :: Int -> Bool
teorema_de_Carmichael n =
  not (null (factoresCaracteristicos n'))
  where n' = 13 + abs n

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=50}) teorema_de_Carmichael
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (nub)

import Data.Numbers.Primes

import Test.QuickCheck

factoresCaracteristicos :: Int -> [Integer]

factoresCaracteristicos n =

[x | x <- factoresPrimos (fib n)

, and [fib m `mod` x /= 0 | m <- [1..n-1]]]

-- (fib n) es el n-ésimo término de la sucesión de Fibonacci. Por

-- ejemplo,

-- fib 6 == 8

fib :: Int -> Integer

fib n = fibs !! n

-- fibs es la lista de términos de la sucesión de Fibonacci. Por ejemplo,

-- λ> take 20 fibs

-- [0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610,987,1597,2584,4181]

fibs :: [Integer]

fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

-- (factoresPrimos n) es la lista de los factores primos de n. Por

-- ejemplo,

-- factoresPrimos 600 == [2,3,5]

factoresPrimos :: Integer -> [Integer]

factoresPrimos 0 = []

factoresPrimos n = nub (primeFactors n)

-- Teorema

-- =======

-- El teorema es

teorema_de_Carmichael :: Int -> Bool

teorema_de_Carmichael n =

not (null (factoresCaracteristicos n'))

where n' = 13 + abs n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=50}) teorema_de_Carmichael

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

No puede ser
amor de tanta fortuna:
dos soledades en una.

Antonio Machado

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