Teorema de Carmichael

La sucesión de Fibonacci, F(n), es la siguiente sucesión infinita de números naturales:

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

tal que (factoresCaracteristicos n) es la lista de los factores característicos de F(n). Por ejemplo,

Comprobar con QuickCheck el teorema de Carmichael; es decir, para todo número entero (factoresCaracteristicos (13 + abs n)) es una lista no vacía.

Soluciones

Pensamiento

No puede ser
amor de tanta fortuna:
dos soledades en una.

Antonio Machado

Conjuntos con más sumas que restas

Dado un conjunto de números naturales, por ejemplo A = {0, 2, 3, 4}, calculamos las sumas de todos los pares de elementos de A. Como A tiene 4 elementos hay 16 pares, pero no todas sus sumas son distintas. En este caso solo hay 8 sumas distintas: {0, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}. Procediendo análogamente hay 9 diferencias distinatas entre los pares de A: {-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4}.

Experimentando con más conjuntos, se puede conjeturar que el número de restas es mayor que el de sumas y argumentar que que mientras que con dos números distintos sólo se produce una suma distints sin embargo se producen dos restas distintas. Por ejemplo, con 5 y 7 sólo se produce una suma (ya que 5+7 y 7+5 ambos dan 12) pero dos restas (ya que 5-7 y 7-5 dan -2 y 2, respectivamente).

Sin embargo, la conjetura es falsa. Un contraejemplo en el conjunto {0, 2, 3, 4, 7, 11, 12, 14}, que tiene 26 sumas distintas con sus pares de elementos pero sólo 25 restas.

Los conjuntos con más sumas distintas con sus pares de elementos que restas se llaman conjuntos MSQR (por «más sumas que restas»).

El objetivo de este ejercicio es calcular los conjuntos MSQR.

Definir las funciones

tales que

  • (tieneMSQR xs) se verifica si el conjunto xs tiene más sumas que restas. Por ejemplo,

  • conjuntosMSQR es la lista de los conjuntos MSQR. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

¡Qué fácil es volar, qué fácil es!
Todo consiste en no dejar que el suelo
se acerque a nuestros pies.

Antonio Machado

El teorema de Navidad de Fermat

El 25 de diciembre de 1640, en una carta a Mersenne, Fermat demostró la conjetura de Girard: todo primo de la forma 4n+1 puede expresarse de manera única como suma de dos cuadrados. Por eso es conocido como el Teorema de Navidad de Fermat.

Definir las funciones

tales que

  • (representaciones n) es la lista de pares de números naturales (x,y) tales que n = x^2 + y^2 con x <= y. Por ejemplo,

  • primosImparesConRepresentacionUnica es la lista de los números primos impares que se pueden escribir exactamente de una manera como suma de cuadrados de pares de números naturales (x,y) con x <= y. Por ejemplo,

  • primos4nM1 es la lista de los números primos que se pueden escribir como uno más un múltiplo de 4 (es decir, que son congruentes con 1 módulo 4). Por ejemplo,

El teorema de Navidad de Fermat afirma que un número primo impar p se puede escribir exactamente de una manera como suma de dos cuadrados de números naturales p = x² + y^2 (con x <= y) si, y sólo si, p se puede escribir como uno más un múltiplo de 4 (es decir, que es congruente con 1 módulo 4).

Comprobar con QuickCheck el teorema de Navidad de Fermat; es decir, que para todo número n, los n-ésimos elementos de primosImparesConRepresentacionUnica y de primos4nM1 son iguales.

Soluciones

Pensamiento

Dijo Dios: brote la nada
Y alzó su mano derecha,
hasta ocultar su mirada.
Y quedó la nada hecha.

Antonio Machado

Intersección de listas infinitas crecientes

Definir la función

tal que (interseccion xss) es la intersección de la lista no vacía de listas infinitas crecientes xss; es decir, la lista de los elementos que pertenecen a todas las listas de xss. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

Dios no es el creador del mundo (según Martín), sino el creador de la nada.

Antonio Machado

Cálculo de pi usando la fórmula de Vieta

La fórmula de Vieta para el cálculo de pi es la siguiente
Calculo_de_pi_usando_la_formula_de_Vieta

Definir las funciones

tales que

  • (aproximacionPi n) es la aproximación de pi usando n factores de la fórmula de Vieta. Por ejemplo,

  • (errorPi x) es el menor número de factores de la fórmula de Vieta necesarios para obtener pi con un error menor que x. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

El tiempo que la barba me platea,
cavó mis ojos y agrandó mi frente,
va siendo en mi recuerdo transparente,
y mientras más al fondo, más clarea.

Antonio Machado

Transformaciones lineales de números triangulares

La sucesión de los números triangulares se obtiene sumando los números naturales. Así, los 8 primeros números triangulares son

Para cada número triangular n existen números naturales a y b, tales que a . n + b también es triangular. Para n = 6, se tiene que

son números triangulares

Definir la función

tal que si n es triangular, (transformaciones n) es la lista de los pares (a,b) tales que a es un entero positivo y b el menor número tal que a . n + b es triangular. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

A la hora del rocío,
de la niebla salen
sierra blanca y prado verde.
¡El sol en los encinares!

Antonio Machado

Múltiplos con ceros y unos

Se observa que todos los primeros números naturales tienen al menos un múltiplo no nulo que está formado solamente por ceros y unos. Por ejemplo, 1×10=10, 2×5=10, 3×37=111, 4×25=100, 5×2=10, 6×185=1110; 7×143=1001; 8X125=1000; 9×12345679=111111111.

Definir la función

tal que (multiplosCon1y0 n) es la lista de los múltiplos de n cuyos dígitos son 1 ó 0. Por ejemplo,

Comprobar con QuickCheck que todo entero positivo tiene algún múltiplo cuyos dígitos son 1 ó 0.

Soluciones

Pensamiento

Huye del triste amor, amor pacato,
sin peligro, sin venda ni aventura,
que espera del amor prenda segura,
porque en amor locura es lo sensato.

Antonio Machado

Número de emparejamientos de amigos

El problema del número de emparejamiento de amigos consiste en calcular el número de formas de emparejar n amigos teniendo en cuenta que cada uno puede permanecer soltero o puede ser emparejado con algún otro amigo y que cada amigo puede ser emparejado sólo una vez. Por ejemplo, los 4 posibles emparejamientos de 3 amigos son

Definir la función

tal que (nEmparejamientos n) es el número de formas de emparejar a los n amigos. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

Toda la imaginería
que no ha brotado del río,
barata bisutería.

Antonio Machado

Emparejamiento de amigos

El problema de emparejamiento de amigos consiste en calcular las formas de emparejar n amigos teniendo en cuenta que cada uno puede permanecer soltero o puede ser emparejado con algún otro amigo y que cada amigo puede ser emparejado sólo una vez. Por ejemplo, los 4 posibles emparejamientos de 3 amigos son

Definir la función

tal que (emparejamientos n) es la lista de los posibles emparejamientos de los n amigos (numerados del 1 al n). Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

Crea el alma sus riberas;
montes de ceniza y plomo,
sotillos de primavera.

Antonio Machado

Operaciones con series de potencias

Una serie de potencias es una serie de la forma

Las series de potencias se pueden representar mediante listas infinitas. Por ejemplo, la serie de la función exponencial es

y se puede representar por [1, 1, 1/2, 1/6, 1/24, 1/120, …]

Las operaciones con series se pueden ver como una generalización de las de los polinomios.

En lo que sigue, usaremos el tipo (Serie a) para representar las series de potencias con coeficientes en a y su definición es

Definir las siguientes funciones

tales que

  • (opuesta xs) es la opuesta de la serie xs. Por ejemplo,

  • (suma xs ys) es la suma de las series xs e ys. Por ejemplo,

  • (resta xs ys) es la resta de las series xs es ys. Por ejemplo,

  • (producto xs ys) es el producto de las series xs e ys. Por ejemplo,

  • (cociente xs ys) es el cociente de las series xs e ys. Por ejemplo,

  • (derivada xs) es la derivada de la serie xs. Por ejemplo,

  • (integral xs) es la integral de la serie xs. Por ejemplo,

  • expx es la serie de la función exponencial. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

Ni mármol duro y eterno,
ni música ni pintura,
sino palabra en el tiempo.

Antonio Machado

Mayor capicúa producto de dos números de n cifras

Un capicúa es un número que es igual leído de izquierda a derecha que de derecha a izquierda.

Definir la función

tal que (mayorCapicuaP n) es el mayor capicúa que es el producto de dos números de n cifras. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

Mi corazón está donde ha nacido,
no a la vida, al amor, cerca del Duero.

Antonio Machado

Problema de las puertas

Un hotel dispone de n habitaciones y n camareros. Los camareros tienen la costumbre de cambiar de estado las puertas (es decir, abrir las cerradas y cerrar las abiertas). El proceso es el siguiente:

  • Inicialmente todas las puertas están cerradas.
  • El primer camarero cambia de estado las puertas de todas las habitaciones.
  • El segundo cambia de estado de las puertas de las habitaciones pares.
  • El tercero cambia de estado todas las puertas que son múltiplos de 3.
  • El cuarto cambia de estado todas las puertas que son múltiplos de 4
  • Así hasta que ha pasado el último camarero.

Por ejemplo, para n = 5

Los estados de las puertas se representan por el siguiente tipo de datos

Definir la función

tal que (final n) es la lista de los estados de las n puertas después de que hayan pasado los n camareros. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

… cuánto exilio en la presencia cabe.

Antonio Machado

Reparto de escaños por la ley d’Hont

El sistema D’Hondt es una fórmula creada por Victor d’Hondt, que permite obtener el número de cargos electos asignados a las candidaturas, en proporción a los votos conseguidos.

Tras el recuento de los votos, se calcula una serie de divisores para cada partido. La fórmula de los divisores es V/N, donde V representa el número total de votos recibidos por el partido, y N representa cada uno de los números enteros desde 1 hasta el número de cargos electos de la circunscripción objeto de escrutinio. Una vez realizadas las divisiones de los votos de cada partido por cada uno de los divisores desde 1 hasta N, la asignación de cargos electos se hace ordenando los cocientes de las divisiones de mayor a menor y asignando a cada uno un escaño hasta que éstos se agoten

Definir la función

tal que (reparto n vs) es la lista de los pares formados por los números de los partidos y el número de escaño que les corresponden al repartir n escaños en función de la lista de sus votos. Por ejemplo,

es decir, en el primer ejemplo,

  • al 1º partido (que obtuvo 340000 votos) le corresponden 3 escaños,
  • al 2º partido (que obtuvo 280000 votos) le corresponden 3 escaños,
  • al 3º partido (que obtuvo 160000 votos) le corresponden 1 escaño.

Soluciones

Pensamiento

Sus cantares llevan
agua de remanso,
que parece quieta.
Y que no lo está;
mas no tiene prisa
por ir a la mar.

Antonio Machado

Variación de la conjetura de Goldbach.

La conjetura de Goldbach afirma que

Todo número entero mayor que 5 se puede escribir como suma de tres números primos.

En este ejercicio consideraremos la variación consistente en exigir que los tres sumandos sean distintos.

Definir las funciones

tales que

  • (sumas3PrimosDistintos n) es la lista de las descomposiciones decrecientes de n como tres primos distintos. Por ejemplo,

  • (conKsumas3PrimosDistintos k n) es la lista de los números menores o iguales que n que se pueden escribir en k forma distintas como suma de tres primos distintos. Por ejemplo,

  • (noSonSumas3PrimosDistintos n) es la lista de los números menores o iguales que n que no se pueden escribir como suma de tres primos distintos. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

En su claro verso
se canta y medita
sin grito ni ceño.

Antonio Machado

Conjetura de las familias estables por uniones

La conjetura de las familias estables por uniones fue planteada por Péter Frankl en 1979 y aún sigue abierta.

Una familia de conjuntos es estable por uniones si la unión de dos conjuntos cualesquiera de la familia pertenece a la familia. Por ejemplo, {∅, {1}, {2}, {1,2}, {1,3}, {1,2,3}} es estable por uniones; pero {{1}, {2}, {1,3}, {1,2,3}} no lo es.

La conjetura afirma que toda familia no vacía estable por uniones y distinta de {∅} posee algún elemento que pertenece al menos a la mitad de los conjuntos de la familia.

Definir las funciones

tales que

  • (esEstable f) se verifica si la familia f es estable por uniones. Por ejemplo,

  • (familiasEstables c) es el conjunto de las familias estables por uniones formadas por elementos del conjunto c. Por ejemplo,

  • (mayoritarios f) es la lista de elementos que pertenecen al menos a la mitad de los conjuntos de la familia f. Por ejemplo,

  • (conjeturaFrankl n) se verifica si para toda familia f formada por elementos del conjunto {1,2,…,n} no vacía, estable por uniones y distinta de {∅} posee algún elemento que pertenece al menos a la mitad de los conjuntos de f. Por ejemplo.

Soluciones

Pensamiento

Pero tampoco es razón
desdeñar
consejo que es confesión.

Antonio Machado

Huecos de Aquiles

Un número de Aquiles es un número natural n que es potente (es decir, si p es un divisor primo de n, entonces p² también lo es) y no es una potencia perfecta (es decir, no existen números naturales m y k tales que n es igual a m^k). Por ejemplo,

  • 108 es un número de Aquiles proque es un número potente (ya que su factorización es 2^2 · 3^3, sus divisores primos son 2 and 3 y sus cuadrados (2^2 = 4 y 3^2 = 9) son divisores de 108. Además, 108 no es una potencia perfecta.
  • 360 no es un número de Aquiles ya que 5 es un divisor primo de 360, pero 5^2 = 15 no lo es.
  • 784 no es un número de Aquiles porque, aunque es potente, es una potencia perfecta ya que 784 = 28^2.

Los primeros números de Aquiles son

Definir las funciones

tales que

  • (esAquiles x) se verifica si x es un número de Aquiles. Por ejemplo,

  • huecosDeAquiles es la sucesión de la diferencias entre los números de Aquiles consecutivos. Por ejemplo,

  • (graficaHuecosDeAquiles n) dibuja la gráfica de los n primeros huecos de Aquiles. Por ejemplo, (graficaHuecosDeAquiles 160) dibuja

Soluciones

Pensamiento

Tengo a mis amigos
en mi soledad;
cuando estoy con ellos
¡qué lejos están!

Antonio Machado

Triángulo de Euler

El triángulo de Euler se construye a partir de las siguientes relaciones

Sus primeros términos son

Definir las siguientes funciones:

tales que

  • (numeroEuler n k) es el número de Euler A(n,k). Por ejemplo,

  • (filaTrianguloEuler n) es la n-ésima fila del triángulo de Euler. Por ejemplo,

  • trianguloEuler es la lista con las filas del triángulo de Euler

Soluciones

Pensamiento

Señor San Jerónimo,
suelte usted la piedra
con que se machaca.
Me pegó con ella.

Antonio Machado

Subconjuntos divisibles

Definir la función

tal que (subconjuntosDivisibles xs) es la lista de todos los subconjuntos de xs en los que todos los elementos tienen un factor común mayor que 1. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

Abejas, cantores,
no a la miel, sino a las flores.

Antonio Machado

Matriz de mínimas distancias

Definir las funciones

tales que

  • (mininasDistancias a) es la matriz de las mínimas distancias de cada elemento de a hasta alcanzar un 1 donde un paso es un movimiento hacia la izquierda, derecha, arriba o abajo. Por ejemplo,

  • (sumaMinimaDistanciasIdentidad n) es la suma de los elementos de la matriz de las mínimas distancias correspondiente a la matriz identidad de orden n. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

La primavera ha venido.
Nadie sabe como ha sido.

Antonio Machado

La sucesión ECG

La sucesión ECG estás definida por a(1) = 1, a(2) = 2 y, para n >= 3, a(n) es el menor natural que aún no está en la sucesión tal que a(n) tiene algún divisor común con a(n-1).

Los primeros términos de la sucesión son 1, 2, 4, 6, 3, 9, 12, 8, 10, 5, 15, …

Al dibujar su gráfica, se parece a la de los electrocardiogramas (abreviadamente, ECG). Por ello, la sucesión se conoce como la sucesión ECG.

Definir las funciones

tales que

  • sucECG es la lista de los términos de la sucesión ECG. Por ejemplo,

  • (graficaSucECG n) dibuja la gráfica de los n primeros términos de la sucesión ECG. Por ejemplo, (graficaSucECG 160) dibuja

Soluciones

Pensamiento

Algunos desesperados
sólo se curan con soga;
otros, con siete palabras:
la fe se ha puesto de moda.

Antonio Machado

Cambio con el menor número de monedas

El problema del cambio con el menor número de monedas consiste en, dada una lista ms de tipos de monedas (con infinitas monedas de cada tipo) y una cantidad objetivo x, calcular el menor número de monedas de ms cuya suma es x. Por ejemplo, con monedas de 1, 3 y 4 céntimos se puede obtener 6 céntimos de 4 formas

El menor número de monedas que se necesita es 2. En cambio, con monedas de 2, 5 y 10 es imposible obtener 3.

Definir

tal que (monedas ms x) es el menor número de monedas de ms cuya suma es x, si es posible obtener dicha suma y es Nothing en caso contrario. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

Demos tiempo al tiempo:
para que el vaso rebose
hay que llenarlo primero.

Antonio Machado

Máxima longitud de sublistas crecientes

Definir la función

tal que (longitudMayorSublistaCreciente xs) es la el máximo de las longitudes de las sublistas crecientes de xs. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

No es el yo fundamental
eso que busca el poeta,
sino el tú esencial.

Antonio Machado

Números cíclopes

Un número cíclope es un número natural cuya representación binaria sólo tiene un cero en el centro. Por ejemplo,

Definir las funciones

tales que

  • (esCiclope n) se verifica si el número natual n es cíclope. Por ejemplo,

  • ciclopes es la lista de los número cíclopes. Por ejemplo,

  • (graficaCiclopes n) dibuja la gráfica del último dígito de los n primeros números cíclopes. Por ejemplo, (graficaCiclopes n) dibuja

Soluciones

Pensamiento

¿Sabes cuando el agua suena,
si es agua de cumbre o valle,
de plaza, jardín o huerta?
Cantores, dejad
palmas y jaleo
para los demás.

Antonio Machado

Camino de máxima suma en una matriz

Los caminos desde el extremo superior izquierdo (posición (1,1)) hasta el extremo inferior derecho (posición (3,4)) en la matriz

moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha, son los siguientes:

Las sumas de los caminos son 32, 41, 36, 40, 40, 35, 39, 34, 38 y 37, respectivamente. El camino de máxima suma es el segundo (1, 7, 12, 8, 4, 9) que tiene una suma de 41.

Definir la función

tal que (caminoMaxSuma m) es un camino de máxima suma en la matriz m desde el extremo superior izquierdo hasta el extremo inferior derecho, moviéndose en cada paso una casilla hacia abajo o hacia la derecha. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

Caminante, no hay camino,
sino estelas en la mar.

Antonio Machado

Números como suma de sus dígitos

El número 23 se puede escribir de 4 formas como suma de sus dígitos

La de menor número de sumando es la última, que tiene 8 sumandos.

Definir las funciones

tales que

  • (minimoSumandosDigitos n) es el menor número de dígitos de n cuya suma es n. Por ejemplo,

  • (graficaMinimoSumandosDigitos n) dibuja la gráfica de (minimoSumandosDigitos k) par los k primeros números naturales. Por ejemplo, (graficaMinimoSumandosDigitos 300) dibuja

Soluciones

Pensamiento

Caminante, son tus huellas
el camino, y nada más;
caminante no hay camino,
se hace camino al andar.

Antonio Machado

Las torres de Hanói

Las torres de Hanoi es un rompecabeza que consta de tres postes que llamaremos A, B y C. Hay N discos de distintos tamaños en el poste A, de forma que no hay un disco situado sobre otro de menor tamaño. Los postes B y C están vacíos. Sólo puede moverse un disco a la vez y todos los discos deben de estar ensartados en algún poste. Ningún disco puede situarse sobre otro de menor tamaño. El problema consiste en colocar los N discos en el poste C.

Los postes se pueden representar mediante el siguiente tipo de datos

Definir las funciones

tales que

  • (movimientos n) es la lista de los movimientos para resolver el problema de las torres de hanoi con n discos. Por ejemplo,

  • (hanoi n) escribe los mensajes de los movimientos para resolver el problema de las torres de hanoi con n discos. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

En preguntar lo que sabes
el tiempo no has de perder …
Y a preguntas sin respuesta
¿quién te podrá responder?

Antonio Machado

Número de descomposiciones en sumas de cuatro cuadrados

Definir la función

tales que

  • (nDescomposiciones x) es el número de listas de los cuadrados de cuatro números enteros positivos cuya suma es x. Por ejemplo.

  • (graficaDescomposiciones n) dibuja la gráfica del número de descomposiciones de los n primeros números naturales. Por ejemplo, (graficaDescomposiciones 500) dibuja

Soluciones

Pensamiento

Ya habrá cigüeñas al sol,
mirando la tarde roja,
entre Moncayo y Urbión.

Antonio Machado

Descomposiciones en sumas de cuatro cuadrados

Definir la función

tal que (descomposiciones x) es la lista de las listas de los cuadrados de cuatro números enteros positivos cuya suma es x. Por ejemplo.

Soluciones

Pensamiento

No extrañéis, dulces amigos,
que esté mi frente arrugada;
yo vivo en paz con los hombres
y en guerra con mis entrañas.

Antonio Machado

Particiones de un conjunto

Una partición de un conjunto A es un conjunto de subconjuntos no vacíos de A, disjuntos dos a dos y cuya unión es A. Por ejemplo, el conjunto {1, 2, 3} tiene exactamente 5 particiones:

Definir la función

tal que (particiones xs) es el conjunto de las particiones de xs. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

A quien nos justifica nuestra desconfianza
llamamos enemigo, ladrón de una esperanza.
Jamás perdona el necio si ve la nuez vacía
que dio a cascar al diente de la sabiduría.

Antonio Machado

Divisiones del círculo

Dado 4 puntos de un círculo se pueden dibujar 2 cuerdas entre ellos de forma que no se corten. En efecto, si se enumeran los puntos del 1 al 4 en sentido de las agujas del reloj una forma tiene las cuerdas {1-2, 3-4} y la otra {1-4, 2-3}.

Definir la función

tal que (numeroFormas n) es el número de formas que se pueden dibujar n cuerdas entre 2xn puntos de un círculo sin que se corten. Por ejemplo,

Soluciones

Pensamiento

… Y si la vida es corta
y no llega la mar a tu galera,
aguarda sin partir y siempre espera,
que el arte es largo y, además no importa.

Antonio Machado