floor – Exercitium

Número de divisores

PorJosé A. Alonso 13-mayo-2022

Definir la función

   numeroDivisores :: Integer -> Integer

1	numeroDivisores :: Integer -> Integer

tal que (numeroDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

   numeroDivisores 12  ==  6
   numeroDivisores 25  ==  3
   length (show (numeroDivisores (product [1..3*10^4])))  ==  1948

numeroDivisores 12 == 6

numeroDivisores 25 == 3

length (show (numeroDivisores (product [1..3*10^4]))) == 1948

Soluciones

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

-- 1ª solución
-- ===========

numeroDivisores1 :: Integer -> Integer
numeroDivisores1 x =
  genericLength [y | y <- [1..x], x `mod` y == 0]

-- 2ª solución
-- ===========

numeroDivisores2 :: Integer -> Integer
numeroDivisores2 1 = 1
numeroDivisores2 x
  | esCuadrado x = 2 * genericLength [y | y <- [1..raizEntera x], x `mod` y == 0] - 1
  | otherwise    = 2 * genericLength [y | y <- [1..raizEntera x], x `mod` y == 0]

-- (raizEntera x) es el mayor número entero cuyo cuadrado es menor o
-- igual que x. Por ejemplo,
--    raizEntera 3  ==  1
--    raizEntera 4  ==  2
--    raizEntera 5  ==  2
--    raizEntera 8  ==  2
--    raizEntera 9  ==  3
raizEntera :: Integer -> Integer
raizEntera x = floor (sqrt (fromInteger x))

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un cuadrado perfecto. Por ejemplo,
--    esCuadrado 9  ==  True
--    esCuadrado 7  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x =
  x == (raizEntera x)^2

-- 3ª solución
-- ===========

numeroDivisores3 :: Integer -> Integer
numeroDivisores3 =
  genericLength . divisores

-- (divisores x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores 12  ==  [1,3,2,6,4,12]
--    divisores 25  ==  [1,5,25]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores = map (product . concat)
          . productoCartesiano
          . map inits
          . group
          . primeFactors

-- (productoCartesiano xss) es el producto cartesiano de los conjuntos
-- xss. Por ejemplo,
--    λ> productoCartesiano [[1,3],[2,5],[6,4]]
--    [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]
productoCartesiano :: [[a]] -> [[a]]
productoCartesiano []       = [[]]
productoCartesiano (xs:xss) =
  [x:ys | x <- xs, ys <- productoCartesiano xss]

-- 4ª solución
-- ===========

numeroDivisores4 :: Integer -> Integer
numeroDivisores4 = genericLength
                 . map (product . concat)
                 . sequence
                 . map inits
                 . group
                 . primeFactors

-- 5ª solución
-- ===========

numeroDivisores5 :: Integer -> Integer
numeroDivisores5 =
  product . map ((+1) . genericLength) . group . primeFactors

-- Comprobación de equivalencia
-- ============================

-- La propiedad es
prop_numeroDivisores :: Positive Integer -> Bool
prop_numeroDivisores (Positive x) =
  all (== numeroDivisores1 x)
      [ numeroDivisores2 x
      , numeroDivisores3 x
      , numeroDivisores4 x
      , numeroDivisores5 x]

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

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

-- La comparación es
--    λ> numeroDivisores1 (product [1..10])
--    270
--    (1.67 secs, 726,327,208 bytes)
--    λ> numeroDivisores2 (product [1..10])
--    270
--    (0.01 secs, 929,000 bytes)
--
--    λ> numeroDivisores2 (product [1..16])
--    5376
--    (2.10 secs, 915,864,664 bytes)
--    λ> numeroDivisores3 (product [1..16])
--    5376
--    (0.01 secs, 548,472 bytes)
--
--    λ> numeroDivisores3 (product [1..30])
--    2332800
--    (3.80 secs, 4,149,811,688 bytes)
--    λ> numeroDivisores4 (product [1..30])
--    2332800
--    (0.59 secs, 722,253,848 bytes)
--    λ> numeroDivisores5 (product [1..30])
--    2332800
--    (0.00 secs, 587,856 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

import Data.List (genericLength, group, inits)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

numeroDivisores1 :: Integer -> Integer

numeroDivisores1 x =

genericLength [y | y <- [1..x], x `mod` y == 0]

-- 2ª solución

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

numeroDivisores2 :: Integer -> Integer

numeroDivisores2 1 = 1

numeroDivisores2 x

| esCuadrado x = 2 * genericLength [y | y <- [1..raizEntera x], x `mod` y == 0] - 1

| otherwise = 2 * genericLength [y | y <- [1..raizEntera x], x `mod` y == 0]

-- (raizEntera x) es el mayor número entero cuyo cuadrado es menor o

-- igual que x. Por ejemplo,

-- raizEntera 3 == 1

-- raizEntera 4 == 2

-- raizEntera 5 == 2

-- raizEntera 8 == 2

-- raizEntera 9 == 3

raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera x = floor (sqrt (fromInteger x))

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un cuadrado perfecto. Por ejemplo,

-- esCuadrado 9 == True

-- esCuadrado 7 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x =

x == (raizEntera x)^2

-- 3ª solución

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

numeroDivisores3 :: Integer -> Integer

numeroDivisores3 =

genericLength . divisores

-- (divisores x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores 12 == [1,3,2,6,4,12]

-- divisores 25 == [1,5,25]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores = map (product . concat)

. productoCartesiano

. map inits

. group

. primeFactors

-- (productoCartesiano xss) es el producto cartesiano de los conjuntos

-- xss. Por ejemplo,

-- λ> productoCartesiano [[1,3],[2,5],[6,4]]

-- [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]

productoCartesiano :: [[a]] -> [[a]]

productoCartesiano [] = [[]]

productoCartesiano (xs:xss) =

[x:ys | x <- xs, ys <- productoCartesiano xss]

-- 4ª solución

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

numeroDivisores4 :: Integer -> Integer

numeroDivisores4 = genericLength

. map (product . concat)

. sequence

. map inits

. group

. primeFactors

-- 5ª solución

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

numeroDivisores5 :: Integer -> Integer

numeroDivisores5 =

product . map ((+1) . genericLength) . group . primeFactors

-- Comprobación de equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_numeroDivisores :: Positive Integer -> Bool

prop_numeroDivisores (Positive x) =

all (== numeroDivisores1 x)

[ numeroDivisores2 x

, numeroDivisores3 x

, numeroDivisores4 x

, numeroDivisores5 x]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_numeroDivisores

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> numeroDivisores1 (product [1..10])

-- 270

-- (1.67 secs, 726,327,208 bytes)

-- λ> numeroDivisores2 (product [1..10])

-- 270

-- (0.01 secs, 929,000 bytes)

-- λ> numeroDivisores2 (product [1..16])

-- 5376

-- (2.10 secs, 915,864,664 bytes)

-- λ> numeroDivisores3 (product [1..16])

-- 5376

-- (0.01 secs, 548,472 bytes)

-- λ> numeroDivisores3 (product [1..30])

-- 2332800

-- (3.80 secs, 4,149,811,688 bytes)

-- λ> numeroDivisores4 (product [1..30])

-- 2332800

-- (0.59 secs, 722,253,848 bytes)

-- λ> numeroDivisores5 (product [1..30])

-- 2332800

-- (0.00 secs, 587,856 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

Avistamientos de la pelota

PorJosé A. Alonso 4-marzo-202017-marzo-2020

Un niño está jugando con una pelota en el noveno piso de un edificio alto. La altura de este piso, h, es conocida. Deja caer la pelota por la ventana. La pelota rebota una r-ésima parte de su altura (por ejemplo, dos tercios de su altura). Su madre mira por una ventana a w metros del suelo (por ejemplo, a 1.5 metros). ¿Cuántas veces verá la madre a la pelota pasar frente a su ventana incluyendo cuando está cayendo y rebotando?

Se deben cumplir tres condiciones para que el experimento sea válido:

La altura «h» debe ser mayor que 0
El rebote «r» debe ser mayor que 0 y menor que 1
La altura de la ventana debe ser mayor que 0 y menor que h.

Definir la función

   numeroAvistamientos :: Double -> Double -> Double -> Integer

1	numeroAvistamientos :: Double -> Double -> Double -> Integer

tal que (numeroAvistamientos h r v) es el número de avistamientos de la pelota si se cumplen las tres condiciones anteriores y es -1 en caso contrario. Por ejemplo,

   numeroAvistamientos 3    0.66 1.5  ==  3
   numeroAvistamientos 30   0.66 1.5  ==  15
   numeroAvistamientos (-3) 0.66 1.5  ==  -1
   numeroAvistamientos 3    (-1) 1.5  ==  -1
   numeroAvistamientos 3    2    1.5  ==  -1
   numeroAvistamientos 3    0.5  (-1) ==  -1
   numeroAvistamientos 3    0.5  4    ==  -1

numeroAvistamientos 3 0.66 1.5 == 3

numeroAvistamientos 30 0.66 1.5 == 15

numeroAvistamientos (-3) 0.66 1.5 == -1

numeroAvistamientos 3 (-1) 1.5 == -1

numeroAvistamientos 3 2 1.5 == -1

numeroAvistamientos 3 0.5 (-1) == -1

numeroAvistamientos 3 0.5 4 == -1

Soluciones

import Data.List (genericLength)

-- 1ª solución
-- ============

numeroAvistamientos :: Double -> Double -> Double -> Integer
numeroAvistamientos h r v
  | adecuados h r v = 2 * n - 1 
  | otherwise      = -1
  where n = genericLength (takeWhile (>=v) (iterate (*r) h))

-- (adecuados h r v) se verifica si los datos cumplen las condiciones
-- para que el experimento sea válido.
adecuados :: Double -> Double -> Double -> Bool
adecuados h r v =
  h > 0 && 0 < r && r < 1 && 0 < v && v < h

-- 2ª solución
-- ===========

numeroAvistamientos2 :: Double -> Double -> Double -> Integer
numeroAvistamientos2 h r v 
  | adecuados h r v = 2 + numeroAvistamientos2 (h * r) r v
  | otherwise       = -1

-- 3ª solución
numeroAvistamientos3 :: Double -> Double -> Double -> Integer
numeroAvistamientos3 h r v
  | adecuados h r v = 1 + 2 * floor (logBase r (v / h))
  | otherwise       = -1

import Data.List (genericLength)

-- 1ª solución

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

numeroAvistamientos :: Double -> Double -> Double -> Integer

numeroAvistamientos h r v

| adecuados h r v = 2 * n - 1

| otherwise = -1

where n = genericLength (takeWhile (>=v) (iterate (*r) h))

-- (adecuados h r v) se verifica si los datos cumplen las condiciones

-- para que el experimento sea válido.

adecuados :: Double -> Double -> Double -> Bool

adecuados h r v =

h > 0 && 0 < r && r < 1 && 0 < v && v < h

-- 2ª solución

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

numeroAvistamientos2 :: Double -> Double -> Double -> Integer

numeroAvistamientos2 h r v

| adecuados h r v = 2 + numeroAvistamientos2 (h * r) r v

| otherwise = -1

-- 3ª solución

numeroAvistamientos3 :: Double -> Double -> Double -> Integer

numeroAvistamientos3 h r v

| adecuados h r v = 1 + 2 * floor (logBase r (v / h))

| otherwise = -1

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

«Los patrones del matemático, como los del pintor o el poeta deben ser hermosos; las ideas, como los colores o las palabras deben encajar de manera armoniosa. La belleza es la primera prueba: no hay lugar permanente en este mundo para las matemáticas feas.»

G. H. Hardy.

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

El teorema de Navidad de Fermat

PorJosé A. Alonso 20-diciembre-201927-diciembre-2019

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

   representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
   primos4nM1 :: [Integer]

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primos4nM1 :: [Integer]

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,

     representaciones  20           ==  [(2,4)]
     representaciones  25           ==  [(0,5),(3,4)]
     representaciones 325           ==  [(1,18),(6,17),(10,15)]
     representaciones 100000147984  ==  [(0,316228)]
     length (representaciones (10^10))    ==  6
     length (representaciones (4*10^12))  ==  7

representaciones 20 == [(2,4)]

representaciones 25 == [(0,5),(3,4)]

representaciones 325 == [(1,18),(6,17),(10,15)]

representaciones 100000147984 == [(0,316228)]

length (representaciones (10^10)) == 6

length (representaciones (4*10^12)) == 7

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,

     λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

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,

     λ> take 20 primos4nM1
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primos4nM1 [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

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

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones n =
  [(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones2 n =
  [(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)] 
              , let z = n - x*x
              , esCuadrado z]

-- (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 0 = 0
raiz 1 = 1
raiz x = aux (0,x)
    where aux (a,b) | d == x    = c
                    | c == a    = a
                    | d < x     = aux (c,b)
                    | otherwise = aux (a,c) 
              where c = (a+b) `div` 2
                    d = c^2

-- 3ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones3 n =
  [(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)] 
               , let z = n - x*x
               , esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado3 25  ==  True
--    esCuadrado3 26  ==  False
esCuadrado3 :: Integer -> Bool
esCuadrado3 x = x == y * y
  where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz3 25  ==  5
--    raiz3 24  ==  4
--    raiz3 26  ==  5
raiz3 :: Integer -> Integer
raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))
          
-- 4ª definición de representaciones
-- =================================
 
representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))
  where aux x y
          | x > y     = [] 
          | otherwise = case compare (x*x + y*y) n of
                          LT -> aux (x + 1) y
                          EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)
                          GT -> aux x (y - 1)

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

-- La propiedad es
prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool
prop_representaciones_equiv (Positive n) =
  representaciones  n == representaciones2 n &&
  representaciones2 n == representaciones3 n &&
  representaciones3 n == representaciones4 n

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

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones
-- =================================================================

--    λ> representaciones 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)
--    λ> representaciones2 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 867,944 bytes)
--    λ> representaciones3 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 173,512 bytes)
--    λ> representaciones4 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 423,424 bytes)
--    
--    λ> length (representaciones2 (10^10))
--    6
--    (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)
--    λ> length (representaciones3 (10^10))
--    6
--    (0.10 secs, 62,349,048 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (10^10))
--    6
--    (0.11 secs, 48,052,360 bytes)
--
--    λ> length (representaciones3 (4*10^12))
--    7
--    (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (4*10^12))
--    7
--    (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica
-- =================================================

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
primosImparesConRepresentacionUnica =
  [x | x <- tail primes
     , length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1
-- ========================

primos4nM1 :: [Integer]
primos4nM1 = [x | x <- primes
                , x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat
-- ============================

-- La propiedad es
prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool
prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =
  primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n
             
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat
--    +++ OK, passed 100 tests.

100

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151

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones

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

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

representaciones n =

[(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones

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

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones2 n =

[(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado z]

-- (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 0 = 0

raiz 1 = 1

raiz x = aux (0,x)

where aux (a,b) | d == x = c

| c == a = a

| d < x = aux (c,b)

| otherwise = aux (a,c)

where c = (a+b) `div` 2

d = c^2

-- 3ª definición de representaciones

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

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones3 n =

[(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado3 z]

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

-- ejemplo,

-- esCuadrado3 25 == True

-- esCuadrado3 26 == False

esCuadrado3 :: Integer -> Bool

esCuadrado3 x = x == y * y

where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz3 25 == 5

-- raiz3 24 == 4

-- raiz3 26 == 5

raiz3 :: Integer -> Integer

raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 4ª definición de representaciones

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

representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))

where aux x y

| x > y = []

| otherwise = case compare (x*x + y*y) n of

LT -> aux (x + 1) y

EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)

GT -> aux x (y - 1)

-- Equivalencia de las definiciones de representaciones

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

-- La propiedad es

prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool

prop_representaciones_equiv (Positive n) =

representaciones n == representaciones2 n &&

representaciones2 n == representaciones3 n &&

representaciones3 n == representaciones4 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_representaciones_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones

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

-- λ> representaciones 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)

-- λ> representaciones2 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 867,944 bytes)

-- λ> representaciones3 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 173,512 bytes)

-- λ> representaciones4 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 423,424 bytes)

-- λ> length (representaciones2 (10^10))

-- 6

-- (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (10^10))

-- 6

-- (0.10 secs, 62,349,048 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (10^10))

-- 6

-- (0.11 secs, 48,052,360 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (4*10^12))

-- 7

-- (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (4*10^12))

-- 7

-- (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primosImparesConRepresentacionUnica =

[x | x <- tail primes

, length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1

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

primos4nM1 :: [Integer]

primos4nM1 = [x | x <- primes

, x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat

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

-- La propiedad es

prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool

prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =

primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

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

Antonio Machado

Caminos minimales en un árbol numérico

PorJosé A. Alonso 19-marzo-201930-marzo-2019

En la librería Data.Tree se definen los tipos de árboles y bosques como sigue

   data Tree a   = Node a (Forest a)
   type Forest a = [Tree a]

1 2	data Tree a = Node a (Forest a) type Forest a = [Tree a]

Se pueden definir árboles. Por ejemplo,

   ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

1	ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

Y se pueden dibujar con la función drawTree. Por ejemplo,

   λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))
   3
   |
   +- 5
   |  |
   |  `- 9
   |
   `- 7

λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))

+- 5

| |

| `- 9

`- 7

Los mayores divisores de un número x son los divisores u tales que u > 1 y existe un v tal que 1 < v < u y u.v = x. Por ejemplo, los mayores divisores de 24 son 12, 8 y 6.

El árbol de los predecesores y mayores divisores de un número x es el árbol cuya raíz es x y los sucesores de cada nodo y > 1 es el conjunto formado por y-1 junto con los mayores divisores de y. Los nodos con valor 1 no tienen sucesores. Por ejemplo, el árbol de los predecesores y mayores divisores del número 6 es

/ \

5 3

| |

4 2

/ \ |

3 2 1

| |

2 1

Definir las siguientes funciones

   mayoresDivisores :: Int -> [Int]
   arbol            :: Int -> Tree Int
   caminos          :: Int -> [[Int]]
   caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

arbol :: Int -> Tree Int

caminos :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

tales que
+ (mayoresDivisores x) es la lista de los mayores divisores de x. Por ejemplo,

     mayoresDivisores 24  ==  [12,8,6]
     mayoresDivisores 16  ==  [8,4]
     mayoresDivisores 10  ==  [5]
     mayoresDivisores 17  ==  []

mayoresDivisores 24 == [12,8,6]

mayoresDivisores 16 == [8,4]

mayoresDivisores 10 == [5]

mayoresDivisores 17 == []

(arbol x) es el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))
     6
     |
     +- 5
     |  |
     |  `- 4
     |     |
     |     +- 3
     |     |  |
     |     |  `- 2
     |     |     |
     |     |     `- 1
     |     |
     |     `- 2
     |        |
     |        `- 1
     |
     `- 3
        |
        `- 2
           |
           `- 1

λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))

+- 5

| |

| `- 4

| |

| +- 3

| | |

| | `- 2

| | |

| | `- 1

| |

| `- 2

| |

| `- 1

`- 3

`- 2

`- 1

(caminos x) es la lista de los caminos en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminos 6
     [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

1 2	λ> caminos 6 [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

(caminosMinimales x) es la lista de los caminos en de menor longitud en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminosMinimales 6
     [[6,3,2,1]]
     λ> caminosMinimales 17
     [[17,16,4,2,1]]
     λ> caminosMinimales 50
     [[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 6

[[6,3,2,1]]

λ> caminosMinimales 17

[[17,16,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 50

[[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

Soluciones

import Data.Tree
import Test.QuickCheck

mayoresDivisores :: Int -> [Int]
mayoresDivisores x =
  [max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]
           , x `mod` u == 0
           , let v = x `div` u]  

arbol :: Int -> Tree Int
arbol 1 = Node 1 []
arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]
caminos = caminosArbol . arbol

--    λ> caminosArbol (arbol 6)
--    [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]
caminosArbol :: Tree a -> [[a]]
caminosArbol (Node x []) = [[x]]
caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]
caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]
caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]
  where yss = caminos x
        m   = minimum (map length yss)

import Data.Tree

import Test.QuickCheck

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

mayoresDivisores x =

[max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]

, x `mod` u == 0

, let v = x `div` u]

arbol :: Int -> Tree Int

arbol 1 = Node 1 []

arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]

caminos = caminosArbol . arbol

-- λ> caminosArbol (arbol 6)

-- [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

caminosArbol :: Tree a -> [[a]]

caminosArbol (Node x []) = [[x]]

caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]

caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]

where yss = caminos x

m = minimum (map length yss)

Pensamiento

Tras el vivir y el soñar,
está lo que más importa:
despertar.

Antonio Machado

Número de descomposiciones en sumas de cuatro cuadrados

PorJosé A. Alonso 1-marzo-201926-marzo-2022

Definir la función

   nDescomposiciones       :: Int -> Int
   graficaDescomposiciones :: Int -> IO ()

1 2	nDescomposiciones :: Int -> Int graficaDescomposiciones :: Int -> IO ()

tales que

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

     nDescomposiciones 4      ==  1
     nDescomposiciones 5      ==  0
     nDescomposiciones 7      ==  4
     nDescomposiciones 10     ==  6
     nDescomposiciones 15     ==  12
     nDescomposiciones 50000  ==  5682

nDescomposiciones 4 == 1

nDescomposiciones 5 == 0

nDescomposiciones 7 == 4

nDescomposiciones 10 == 6

nDescomposiciones 15 == 12

nDescomposiciones 50000 == 5682

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

Soluciones

import Data.Array
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

nDescomposiciones :: Int -> Int
nDescomposiciones = length . descomposiciones

-- (descomposiciones x) es la lista de las listas de los cuadrados de
-- cuatro números enteros positivos cuya suma es x. Por  ejemplo. 
--    λ> descomposiciones 4
--    [[1,1,1,1]]
--    λ> descomposiciones 5
--    []
--    λ> descomposiciones 7
--    [[1,1,1,4],[1,1,4,1],[1,4,1,1],[4,1,1,1]]
--    λ> descomposiciones 10
--    [[1,1,4,4],[1,4,1,4],[1,4,4,1],[4,1,1,4],[4,1,4,1],[4,4,1,1]]
--    λ> descomposiciones 15
--    [[1,1,4,9],[1,1,9,4],[1,4,1,9],[1,4,9,1],[1,9,1,4],[1,9,4,1],
--     [4,1,1,9],[4,1,9,1],[4,9,1,1],[9,1,1,4],[9,1,4,1],[9,4,1,1]]
descomposiciones :: Int -> [[Int]]
descomposiciones x = aux x 4
  where 
    aux 0 1 = []
    aux 1 1 = [[1]]
    aux 2 1 = []
    aux 3 1 = []
    aux y 1 | esCuadrado y = [[y]]
            | otherwise    = []
    aux y n = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera y]
                        , zs <- aux (y - x^2) (n-1)]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Int -> Bool
esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

-- (raizEntera n) es el mayor entero cuya raíz cuadrada es menor o igual
-- que n. Por ejemplo,
--    raizEntera 15  ==  3
--    raizEntera 16  ==  4
--    raizEntera 17  ==  4
raizEntera :: Int -> Int
raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral 

-- 2ª solución
-- =============

nDescomposiciones2 :: Int -> Int
nDescomposiciones2 = length . descomposiciones2

descomposiciones2 :: Int -> [[Int]]
descomposiciones2 x = a ! (x,4)
  where
    a = array ((0,1),(x,4)) [((i,j), f i j) | i <- [0..x], j <- [1..4]]
    f 0 1 = []
    f 1 1 = [[1]]
    f 2 1 = []
    f 3 1 = []
    f i 1 | esCuadrado i = [[i]]
          | otherwise    = []
    f i j = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera i]
                      , zs <- a ! (i - x^2,j-1)]

-- 3ª solución
-- ===========

nDescomposiciones3 :: Int -> Int
nDescomposiciones3 x = aux x 4
  where
    aux 0 1 = 0
    aux 1 1 = 1
    aux 2 1 = 0
    aux 3 1 = 0
    aux y 1 | esCuadrado y = 1
            | otherwise    = 0
    aux y n = sum [aux (y - x^2) (n-1) | x <- [1..raizEntera y]]

-- 4ª solución
-- ===========

nDescomposiciones4 :: Int -> Int
nDescomposiciones4 x = a ! (x,4)
  where
    a = array ((0,1),(x,4)) [((i,j), f i j) | i <- [0..x], j <- [1..4]]
    f 0 1 = 0
    f 1 1 = 1
    f 2 1 = 0
    f 3 1 = 0
    f i 1 | esCuadrado i = 1
          | otherwise    = 0
    f i j = sum [a ! (i- x^2,j-1) | x <- [1..raizEntera i]]

-- Comprobación de equivalencia
-- ============================

-- La propiedad es
prop_nDescomposiciones :: Positive Int -> Bool
prop_nDescomposiciones (Positive x) =
  all (== nDescomposiciones x) [f x | f <- [ nDescomposiciones2
                                           , nDescomposiciones3
                                           , nDescomposiciones4]]

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

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

--    λ> nDescomposiciones 20000
--    1068
--    (3.69 secs, 3,307,250,128 bytes)
--    λ> nDescomposiciones2 20000
--    1068
--    (0.72 secs, 678,419,328 bytes)
--    λ> nDescomposiciones3 20000
--    1068
--    (3.94 secs, 3,485,725,552 bytes)
--    λ> nDescomposiciones4 20000
--    1068
--    (0.74 secs, 716,022,456 bytes)
--    
--    λ> nDescomposiciones2 50000
--    5682
--    (2.64 secs, 2,444,206,000 bytes)
--    λ> nDescomposiciones4 50000
--    5682
--    (2.77 secs, 2,582,443,448 bytes)

-- Definición de graficaDescomposiciones
-- =====================================

graficaDescomposiciones :: Int -> IO ()
graficaDescomposiciones n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("Numero_de_descomposiciones_en_sumas_de_cuadrados.png")
           ]
           (map nDescomposiciones3 [0..n])

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

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121

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130

131

132

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134

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136

137

138

139

140

141

142

143

144

import Data.Array

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

nDescomposiciones :: Int -> Int

nDescomposiciones = length . descomposiciones

-- (descomposiciones x) es la lista de las listas de los cuadrados de

-- cuatro números enteros positivos cuya suma es x. Por ejemplo.

-- λ> descomposiciones 4

-- [[1,1,1,1]]

-- λ> descomposiciones 5

-- []

-- λ> descomposiciones 7

-- [[1,1,1,4],[1,1,4,1],[1,4,1,1],[4,1,1,1]]

-- λ> descomposiciones 10

-- [[1,1,4,4],[1,4,1,4],[1,4,4,1],[4,1,1,4],[4,1,4,1],[4,4,1,1]]

-- λ> descomposiciones 15

-- [[1,1,4,9],[1,1,9,4],[1,4,1,9],[1,4,9,1],[1,9,1,4],[1,9,4,1],

-- [4,1,1,9],[4,1,9,1],[4,9,1,1],[9,1,1,4],[9,1,4,1],[9,4,1,1]]

descomposiciones :: Int -> [[Int]]

descomposiciones x = aux x 4

where

aux 0 1 = []

aux 1 1 = [[1]]

aux 2 1 = []

aux 3 1 = []

aux y 1 | esCuadrado y = [[y]]

| otherwise = []

aux y n = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera y]

, zs <- aux (y - x^2) (n-1)]

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

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Int -> Bool

esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

-- (raizEntera n) es el mayor entero cuya raíz cuadrada es menor o igual

-- que n. Por ejemplo,

-- raizEntera 15 == 3

-- raizEntera 16 == 4

-- raizEntera 17 == 4

raizEntera :: Int -> Int

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

-- 2ª solución

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

nDescomposiciones2 :: Int -> Int

nDescomposiciones2 = length . descomposiciones2

descomposiciones2 :: Int -> [[Int]]

descomposiciones2 x = a ! (x,4)

where

a = array ((0,1),(x,4)) [((i,j), f i j) | i <- [0..x], j <- [1..4]]

f 0 1 = []

f 1 1 = [[1]]

f 2 1 = []

f 3 1 = []

f i 1 | esCuadrado i = [[i]]

| otherwise = []

f i j = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera i]

, zs <- a ! (i - x^2,j-1)]

-- 3ª solución

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

nDescomposiciones3 :: Int -> Int

nDescomposiciones3 x = aux x 4

where

aux 0 1 = 0

aux 1 1 = 1

aux 2 1 = 0

aux 3 1 = 0

aux y 1 | esCuadrado y = 1

| otherwise = 0

aux y n = sum [aux (y - x^2) (n-1) | x <- [1..raizEntera y]]

-- 4ª solución

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

nDescomposiciones4 :: Int -> Int

nDescomposiciones4 x = a ! (x,4)

where

a = array ((0,1),(x,4)) [((i,j), f i j) | i <- [0..x], j <- [1..4]]

f 0 1 = 0

f 1 1 = 1

f 2 1 = 0

f 3 1 = 0

f i 1 | esCuadrado i = 1

| otherwise = 0

f i j = sum [a ! (i- x^2,j-1) | x <- [1..raizEntera i]]

-- Comprobación de equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_nDescomposiciones :: Positive Int -> Bool

prop_nDescomposiciones (Positive x) =

all (== nDescomposiciones x) [f x | f <- [ nDescomposiciones2

, nDescomposiciones3

, nDescomposiciones4]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_nDescomposiciones

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nDescomposiciones 20000

-- 1068

-- (3.69 secs, 3,307,250,128 bytes)

-- λ> nDescomposiciones2 20000

-- 1068

-- (0.72 secs, 678,419,328 bytes)

-- λ> nDescomposiciones3 20000

-- 1068

-- (3.94 secs, 3,485,725,552 bytes)

-- λ> nDescomposiciones4 20000

-- 1068

-- (0.74 secs, 716,022,456 bytes)

-- λ> nDescomposiciones2 50000

-- 5682

-- (2.64 secs, 2,444,206,000 bytes)

-- λ> nDescomposiciones4 50000

-- 5682

-- (2.77 secs, 2,582,443,448 bytes)

-- Definición de graficaDescomposiciones

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

graficaDescomposiciones :: Int -> IO ()

graficaDescomposiciones n =

plotList [ Key Nothing

, PNG ("Numero_de_descomposiciones_en_sumas_de_cuadrados.png")

]

(map nDescomposiciones3 [0..n])

Pensamiento

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

Antonio Machado

Descomposiciones en sumas de cuatro cuadrados

PorJosé A. Alonso 28-febrero-20197-marzo-2019

Definir la función

   descomposiciones :: Int -> [[Int]]

1	descomposiciones :: Int -> [[Int]]

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

   λ> descomposiciones 4
   [[1,1,1,1]]
   λ> descomposiciones 5
   []
   λ> descomposiciones 7
   [[1,1,1,4],[1,1,4,1],[1,4,1,1],[4,1,1,1]]
   λ> descomposiciones 10
   [[1,1,4,4],[1,4,1,4],[1,4,4,1],[4,1,1,4],[4,1,4,1],[4,4,1,1]]
   λ> descomposiciones 15
   [[1,1,4,9],[1,1,9,4],[1,4,1,9],[1,4,9,1],[1,9,1,4],[1,9,4,1],
    [4,1,1,9],[4,1,9,1],[4,9,1,1],[9,1,1,4],[9,1,4,1],[9,4,1,1]]
   λ> length (descomposiciones 50000)
   5682

λ> descomposiciones 4

[[1,1,1,1]]

λ> descomposiciones 5

[]

λ> descomposiciones 7

[[1,1,1,4],[1,1,4,1],[1,4,1,1],[4,1,1,1]]

λ> descomposiciones 10

[[1,1,4,4],[1,4,1,4],[1,4,4,1],[4,1,1,4],[4,1,4,1],[4,4,1,1]]

λ> descomposiciones 15

[[1,1,4,9],[1,1,9,4],[1,4,1,9],[1,4,9,1],[1,9,1,4],[1,9,4,1],

[4,1,1,9],[4,1,9,1],[4,9,1,1],[9,1,1,4],[9,1,4,1],[9,4,1,1]]

λ> length (descomposiciones 50000)

5682

Soluciones

import Data.Array
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

descomposiciones :: Int -> [[Int]]
descomposiciones x = aux x 4
  where 
    aux 0 1 = []
    aux 1 1 = [[1]]
    aux 2 1 = []
    aux 3 1 = []
    aux y 1 | esCuadrado y = [[y]]
            | otherwise    = []
    aux y n = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera y]
                        , zs <- aux (y - x^2) (n-1)]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Int -> Bool
esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

-- (raizEntera n) es el mayor entero cuya raíz cuadrada es menor o igual
-- que n. Por ejemplo,
--    raizEntera 15  ==  3
--    raizEntera 16  ==  4
--    raizEntera 17  ==  4
raizEntera :: Int -> Int
raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral 

-- 2ª definición
-- =============

descomposiciones2 :: Int -> [[Int]]
descomposiciones2 x = a ! (x,4)
  where
    a = array ((0,1),(x,4)) [((i,j), f i j) | i <- [0..x], j <- [1..4]]
    f 0 1 = []
    f 1 1 = [[1]]
    f 2 1 = []
    f 3 1 = []
    f i 1 | esCuadrado i = [[i]]
          | otherwise    = []
    f i j = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera i]
                      , zs <- a ! (i - x^2,j-1)]

-- Comprobación de equivalencia
-- ============================

-- La propiedad es
prop_descomposiciones :: Positive Int -> Bool
prop_descomposiciones (Positive x) =
  descomposiciones x == descomposiciones2 x

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

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

-- La comparación es
--    λ> length (descomposiciones (2*10^4))
--    1068
--    (3.70 secs, 3,307,251,704 bytes)
--    λ> length (descomposiciones2 (2*10^4))
--    1068
--    (0.72 secs, 678,416,144 bytes)

import Data.Array

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

descomposiciones :: Int -> [[Int]]

descomposiciones x = aux x 4

where

aux 0 1 = []

aux 1 1 = [[1]]

aux 2 1 = []

aux 3 1 = []

aux y 1 | esCuadrado y = [[y]]

| otherwise = []

aux y n = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera y]

, zs <- aux (y - x^2) (n-1)]

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

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Int -> Bool

esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

-- (raizEntera n) es el mayor entero cuya raíz cuadrada es menor o igual

-- que n. Por ejemplo,

-- raizEntera 15 == 3

-- raizEntera 16 == 4

-- raizEntera 17 == 4

raizEntera :: Int -> Int

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

-- 2ª definición

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

descomposiciones2 :: Int -> [[Int]]

descomposiciones2 x = a ! (x,4)

where

a = array ((0,1),(x,4)) [((i,j), f i j) | i <- [0..x], j <- [1..4]]

f 0 1 = []

f 1 1 = [[1]]

f 2 1 = []

f 3 1 = []

f i 1 | esCuadrado i = [[i]]

| otherwise = []

f i j = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera i]

, zs <- a ! (i - x^2,j-1)]

-- Comprobación de equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_descomposiciones :: Positive Int -> Bool

prop_descomposiciones (Positive x) =

descomposiciones x == descomposiciones2 x

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_descomposiciones

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> length (descomposiciones (2*10^4))

-- 1068

-- (3.70 secs, 3,307,251,704 bytes)

-- λ> length (descomposiciones2 (2*10^4))

-- 1068

-- (0.72 secs, 678,416,144 bytes)

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

Ternas euclídeas

PorJosé A. Alonso 18-febrero-201925-febrero-2019

Uno de los problemas planteados por Euclides en los Elementos consiste en encontrar tres números tales que cada uno de sus productos, dos a dos, aumentados en la unidad sea un cuadrado perfecto.

Diremos que (x,y,z) es una terna euclídea si es una solución del problema; es decir, si x <= y <= z y xy+1, yz+1 y zx+1 son cuadrados. Por ejemplo, (4,6,20) es una terna euclídea ya que

   4x6+1 = 5^2, 6x20+1 = 11^2 y 20*4+1 = 9^2

1	4x6+1 = 5^2, 6x20+1 = 11^2 y 20*4+1 = 9^2

Definir la funciones

   ternasEuclideas        :: [(Integer,Integer,Integer)]
   esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool

1 2	ternasEuclideas :: [(Integer,Integer,Integer)] esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool

tales que

ternasEuclideas es la lista de las ternas euclídeas. Por ejemplo,

     λ> take 7 ternasEuclideas
     [(1,3,8),(2,4,12),(1,8,15),(3,5,16),(4,6,20),(3,8,21),(5,7,24)]

1 2	λ> take 7 ternasEuclideas [(1,3,8),(2,4,12),(1,8,15),(3,5,16),(4,6,20),(3,8,21),(5,7,24)]

(esMayorDeTernaEuclidea z) se verifica si existen x, y tales que (x,y,z) es una terna euclídea. Por ejemplo,

     esMayorDeTernaEuclidea 20  ==  True
     esMayorDeTernaEuclidea 22  ==  False

1 2	esMayorDeTernaEuclidea 20 == True esMayorDeTernaEuclidea 22 == False

Comprobar con QuickCheck que z es el mayor de una terna euclídea si, y sólo si, existe un número natural x tal que 1 < x < z – 1 y x^2 es congruente con 1 módulo z.

Soluciones

import Test.QuickCheck

ternasEuclideas :: [(Integer,Integer,Integer)]
ternasEuclideas =
  [(x,y,z) | z <- [1..]
           , y <- [1..z]
           , esCuadrado (y * z + 1)
           , x <- [1..y]
           , esCuadrado (x * y + 1)
           , esCuadrado (z * x + 1)]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x
  where raizEntera :: Integer -> Integer
        raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral 

esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool
esMayorDeTernaEuclidea z =
  not (null [(x,y) | y <- [1..z]
                   , esCuadrado (y * z + 1)
                   , x <- [1..y]
                   , esCuadrado (x * y + 1)
                   , esCuadrado (z * x + 1)])


-- La propiedad es
prop_esMayorDeTernaEuclidea :: Positive Integer -> Bool
prop_esMayorDeTernaEuclidea (Positive z) =
  esMayorDeTernaEuclidea z == any (\x -> (x^2) `mod` z == 1) [2..z-2]

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

import Test.QuickCheck

ternasEuclideas :: [(Integer,Integer,Integer)]

ternasEuclideas =

[(x,y,z) | z <- [1..]

, y <- [1..z]

, esCuadrado (y * z + 1)

, x <- [1..y]

, esCuadrado (x * y + 1)

, esCuadrado (z * x + 1)]

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

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

where raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool

esMayorDeTernaEuclidea z =

not (null [(x,y) | y <- [1..z]

, esCuadrado (y * z + 1)

, x <- [1..y]

, esCuadrado (x * y + 1)

, esCuadrado (z * x + 1)])

-- La propiedad es

prop_esMayorDeTernaEuclidea :: Positive Integer -> Bool

prop_esMayorDeTernaEuclidea (Positive z) =

esMayorDeTernaEuclidea z == any (\x -> (x^2) `mod` z == 1) [2..z-2]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_esMayorDeTernaEuclidea

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Todo pasa y todo queda,
pero lo nuestro es pasar,
pasar haciendo caminos,
caminos sobre la mar.

Antonio Machado

Dígitos en las posiciones pares de cuadrados

PorJosé A. Alonso 1-febrero-20198-febrero-2019

Definir las funciones

   digitosPosParesCuadrado    :: Integer -> ([Integer],Int)
   invDigitosPosParesCuadrado :: ([Integer],Int) -> [Integer]

1 2	digitosPosParesCuadrado :: Integer -> ([Integer],Int) invDigitosPosParesCuadrado :: ([Integer],Int) -> [Integer]

tales que

(digitosPosParesCuadrado n) es el par formados por los dígitos de n² en la posiciones pares y por el número de dígitos de n². Por ejemplo,

     digitosPosParesCuadrado 8     ==  ([6],2)
     digitosPosParesCuadrado 14    ==  ([1,6],3)
     digitosPosParesCuadrado 36    ==  ([1,9],4)
     digitosPosParesCuadrado 116   ==  ([1,4,6],5)
     digitosPosParesCuadrado 2019  ==  ([4,7,3,1],7)

digitosPosParesCuadrado 8 == ([6],2)

digitosPosParesCuadrado 14 == ([1,6],3)

digitosPosParesCuadrado 36 == ([1,9],4)

digitosPosParesCuadrado 116 == ([1,4,6],5)

digitosPosParesCuadrado 2019 == ([4,7,3,1],7)

(invDigitosPosParesCuadrado (xs,k)) es la lista de los números n tales que xs es la lista de los dígitos de n² en la posiciones pares y k es el número de dígitos de n². Por ejemplo,

     invDigitosPosParesCuadrado ([6],2)             ==  [8]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,6],3)           ==  [14]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,9],4)           ==  [36]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,4,6],5)         ==  [116,136]
     invDigitosPosParesCuadrado ([4,7,3,1],7)       ==  [2019,2139,2231]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,2],3)           ==  []
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,2],4)           ==  [32,35,39]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,2,3,4,5,6],11)  ==  [115256,127334,135254]

invDigitosPosParesCuadrado ([6],2) == [8]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,6],3) == [14]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,9],4) == [36]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,4,6],5) == [116,136]

invDigitosPosParesCuadrado ([4,7,3,1],7) == [2019,2139,2231]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,2],3) == []

invDigitosPosParesCuadrado ([1,2],4) == [32,35,39]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,2,3,4,5,6],11) == [115256,127334,135254]

Comprobar con QuickCheck que para todo entero positivo n se verifica que para todo entero positivo m, m pertenece a (invDigitosPosParesCuadrado (digitosPosParesCuadrado n)) si, y sólo si, (digitosPosParesCuadrado m) es igual a (digitosPosParesCuadrado n)

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- Definición de digitosPosParesCuadrado
-- =====================================

digitosPosParesCuadrado :: Integer -> ([Integer],Int)
digitosPosParesCuadrado n =
  (digitosPosPares (n^2),length (show (n^2)))

-- (digitosPosPares n) es la lista de los dígitos de n en posiciones
-- pares. Por ejemplo,
--    digitosPosPares 24012019  ==  [2,0,2,1]
digitosPosPares :: Integer -> [Integer]
digitosPosPares n = elementosPosPares (digitos n)

-- (digitos n) es la lista de los dígitos de n. Por ejemplo,
--    digitos 325  ==  [3,2,5]
digitos :: Integer -> [Integer]
digitos n = [read [c] | c <- show n]

-- (elementosPosPares xs) es la lista de los elementos de xs en
-- posiciones pares. Por ejemplo,
--    elementosPosPares [3,2,5,7,6,4]  ==  [3,5,6]
elementosPosPares :: [a] -> [a]
elementosPosPares []       = []
elementosPosPares [x]      = [x]
elementosPosPares (x:_:zs) = x : elementosPosPares zs

-- 1ª definición de invDigitosPosParesCuadrado
-- ========================================

invDigitosPosParesCuadrado :: ([Integer],Int) -> [Integer]
invDigitosPosParesCuadrado (xs, a) =
  [x | x <- [ceiling (sqrt 10^(a-1))..ceiling (sqrt 10^a)]
     , digitosPosParesCuadrado x == (xs,a)]

-- 2ª definición de invDigitosPosParesCuadrado
-- ========================================

invDigitosPosParesCuadrado2 :: ([Integer],Int) -> [Integer]
invDigitosPosParesCuadrado2 x =
  [n | n <- [a..b], digitosPosParesCuadrado n == x]
  where a = floor (sqrt (fromIntegral (completaNum x 0)))
        b = ceiling (sqrt (fromIntegral (completaNum x 9)))

-- (completaNum (xs,k) n) es el número cuyos dígitos en las posiciones
-- pares son los de xs y los de las posiciones impares son iguales a n
-- (se supone que k es igual al doble de la longitud de xs o un
-- menos). Por ejemplo, 
--    completaNum ([1,3,8],5) 4  ==  14348
--    completaNum ([1,3,8],6) 4  ==  143484
completaNum :: ([Integer],Int) -> Integer -> Integer
completaNum x n = digitosAnumero (completa x n)

-- (completa (xs,k) n) es la lista cuyos elementos en las posiciones
-- pares son los de xs y los de las posiciones impares son iguales a n
-- (se supone que k es igual al doble de la longitud de xs o un
-- menos). Por ejemplo, 
--    completa ([1,3,8],5) 4  ==  [1,4,3,4,8]
--    completa ([1,3,8],6) 4  ==  [1,4,3,4,8,4]
completa :: ([Integer],Int) -> Integer -> [Integer]
completa (xs,k) n
  | even k    = ys
  | otherwise = init ys
  where ys = concat [[x,n] | x <- xs]

-- (digitosAnumero ds) es el número cuyos dígitos son ds. Por ejemplo,
--    digitosAnumero [2,0,1,9]  ==  2019
digitosAnumero :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero = read . concatMap show

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

--    λ> invDigitosPosParesCuadrado ([1,2,1,5,7,4,9],13)
--    [1106393,1234567,1314597]
--    (7.55 secs, 13,764,850,536 bytes)
--    λ> invDigitosPosParesCuadrado2 ([1,2,1,5,7,4,9],13)
--    [1106393,1234567,1314597]
--    (1.96 secs, 3,780,368,816 bytes)

-- Comprobación de la propiedad
-- ============================

-- La propiedad es  
prop_digitosPosParesCuadrado :: Positive Integer -> Positive Integer -> Bool
prop_digitosPosParesCuadrado (Positive n) (Positive m) =
  (digitosPosParesCuadrado m == x)
  == (m `elem` invDigitosPosParesCuadrado x)
  where x = digitosPosParesCuadrado n

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

import Test.QuickCheck

-- Definición de digitosPosParesCuadrado

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

digitosPosParesCuadrado :: Integer -> ([Integer],Int)

digitosPosParesCuadrado n =

(digitosPosPares (n^2),length (show (n^2)))

-- (digitosPosPares n) es la lista de los dígitos de n en posiciones

-- pares. Por ejemplo,

-- digitosPosPares 24012019 == [2,0,2,1]

digitosPosPares :: Integer -> [Integer]

digitosPosPares n = elementosPosPares (digitos n)

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

-- digitos 325 == [3,2,5]

digitos :: Integer -> [Integer]

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

-- (elementosPosPares xs) es la lista de los elementos de xs en

-- posiciones pares. Por ejemplo,

-- elementosPosPares [3,2,5,7,6,4] == [3,5,6]

elementosPosPares :: [a] -> [a]

elementosPosPares [] = []

elementosPosPares [x] = [x]

elementosPosPares (x:_:zs) = x : elementosPosPares zs

-- 1ª definición de invDigitosPosParesCuadrado

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

invDigitosPosParesCuadrado :: ([Integer],Int) -> [Integer]

invDigitosPosParesCuadrado (xs, a) =

[x | x <- [ceiling (sqrt 10^(a-1))..ceiling (sqrt 10^a)]

, digitosPosParesCuadrado x == (xs,a)]

-- 2ª definición de invDigitosPosParesCuadrado

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

invDigitosPosParesCuadrado2 :: ([Integer],Int) -> [Integer]

invDigitosPosParesCuadrado2 x =

[n | n <- [a..b], digitosPosParesCuadrado n == x]

where a = floor (sqrt (fromIntegral (completaNum x 0)))

b = ceiling (sqrt (fromIntegral (completaNum x 9)))

-- (completaNum (xs,k) n) es el número cuyos dígitos en las posiciones

-- pares son los de xs y los de las posiciones impares son iguales a n

-- (se supone que k es igual al doble de la longitud de xs o un

-- menos). Por ejemplo,

-- completaNum ([1,3,8],5) 4 == 14348

-- completaNum ([1,3,8],6) 4 == 143484

completaNum :: ([Integer],Int) -> Integer -> Integer

completaNum x n = digitosAnumero (completa x n)

-- (completa (xs,k) n) es la lista cuyos elementos en las posiciones

-- pares son los de xs y los de las posiciones impares son iguales a n

-- (se supone que k es igual al doble de la longitud de xs o un

-- menos). Por ejemplo,

-- completa ([1,3,8],5) 4 == [1,4,3,4,8]

-- completa ([1,3,8],6) 4 == [1,4,3,4,8,4]

completa :: ([Integer],Int) -> Integer -> [Integer]

completa (xs,k) n

| even k = ys

| otherwise = init ys

where ys = concat [[x,n] | x <- xs]

-- (digitosAnumero ds) es el número cuyos dígitos son ds. Por ejemplo,

-- digitosAnumero [2,0,1,9] == 2019

digitosAnumero :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero = read . concatMap show

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> invDigitosPosParesCuadrado ([1,2,1,5,7,4,9],13)

-- [1106393,1234567,1314597]

-- (7.55 secs, 13,764,850,536 bytes)

-- λ> invDigitosPosParesCuadrado2 ([1,2,1,5,7,4,9],13)

-- [1106393,1234567,1314597]

-- (1.96 secs, 3,780,368,816 bytes)

-- Comprobación de la propiedad

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

-- La propiedad es

prop_digitosPosParesCuadrado :: Positive Integer -> Positive Integer -> Bool

prop_digitosPosParesCuadrado (Positive n) (Positive m) =

(digitosPosParesCuadrado m == x)

== (m `elem` invDigitosPosParesCuadrado x)

where x = digitosPosParesCuadrado n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_digitosPosParesCuadrado

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

¡Ojos que a la luz se abrieron
un día para, después,
ciegos tornar a la tierra,
hartos de mirar sin ver.

Antonio Machado

El teorema de Navidad de Fermat

PorJosé A. Alonso 31-diciembre-201825-abril-2021

Definir las funciones

   representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
   primos4nM1 :: [Integer]

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primos4nM1 :: [Integer]

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.

     representaciones  20           ==  [(2,4)]
     representaciones  25           ==  [(0,5),(3,4)]
     representaciones 325           ==  [(1,18),(6,17),(10,15)]
     representaciones 100000147984  ==  [(0,316228)]
     length (representaciones (10^10))    ==  6
     length (representaciones (4*10^12))  ==  7

representaciones 20 == [(2,4)]

representaciones 25 == [(0,5),(3,4)]

representaciones 325 == [(1,18),(6,17),(10,15)]

representaciones 100000147984 == [(0,316228)]

length (representaciones (10^10)) == 6

length (representaciones (4*10^12)) == 7

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,

     λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

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,

     λ> take 20 primos4nM1
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primos4nM1 [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

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

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones n =
  [(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones2 n =
  [(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)] 
              , let z = n - x*x
              , esCuadrado z]

-- (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 0 = 0
raiz 1 = 1
raiz x = aux (0,x)
    where aux (a,b) | d == x    = c
                    | c == a    = a
                    | d < x     = aux (c,b)
                    | otherwise = aux (a,c) 
              where c = (a+b) `div` 2
                    d = c^2

-- 3ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones3 n =
  [(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)] 
               , let z = n - x*x
               , esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado3 25  ==  True
--    esCuadrado3 26  ==  False
esCuadrado3 :: Integer -> Bool
esCuadrado3 x = x == y * y
  where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz3 25  ==  5
--    raiz3 24  ==  4
--    raiz3 26  ==  5
raiz3 :: Integer -> Integer
raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))
          
-- 4ª definición de representaciones
-- =================================
 
representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))
  where aux x y
          | x > y     = [] 
          | otherwise = case compare (x*x + y*y) n of
                          LT -> aux (x + 1) y
                          EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)
                          GT -> aux x (y - 1)

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

-- La propiedad es
prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool
prop_representaciones_equiv (Positive n) =
  representaciones  n == representaciones2 n &&
  representaciones2 n == representaciones3 n &&
  representaciones3 n == representaciones4 n

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

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones
-- =================================================================

--    λ> representaciones 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)
--    λ> representaciones2 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 867,944 bytes)
--    λ> representaciones3 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 173,512 bytes)
--    λ> representaciones4 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 423,424 bytes)
--    
--    λ> length (representaciones2 (10^10))
--    6
--    (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)
--    λ> length (representaciones3 (10^10))
--    6
--    (0.10 secs, 62,349,048 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (10^10))
--    6
--    (0.11 secs, 48,052,360 bytes)
--
--    λ> length (representaciones3 (4*10^12))
--    7
--    (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (4*10^12))
--    7
--    (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica
-- =================================================

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
primosImparesConRepresentacionUnica =
  [x | x <- tail primes
     , length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1
-- ========================

primos4nM1 :: [Integer]
primos4nM1 = [x | x <- primes
                , x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat
-- ============================

-- La propiedad es
prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool
prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =
  primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n
             
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat
--    +++ OK, passed 100 tests.

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import Data.Numbers.Primes (primes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones

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

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

representaciones n =

[(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones

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

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones2 n =

[(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado z]

-- (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 0 = 0

raiz 1 = 1

raiz x = aux (0,x)

where aux (a,b) | d == x = c

| c == a = a

| d < x = aux (c,b)

| otherwise = aux (a,c)

where c = (a+b) `div` 2

d = c^2

-- 3ª definición de representaciones

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

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones3 n =

[(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado3 z]

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

-- ejemplo,

-- esCuadrado3 25 == True

-- esCuadrado3 26 == False

esCuadrado3 :: Integer -> Bool

esCuadrado3 x = x == y * y

where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz3 25 == 5

-- raiz3 24 == 4

-- raiz3 26 == 5

raiz3 :: Integer -> Integer

raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 4ª definición de representaciones

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

representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))

where aux x y

| x > y = []

| otherwise = case compare (x*x + y*y) n of

LT -> aux (x + 1) y

EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)

GT -> aux x (y - 1)

-- Equivalencia de las definiciones de representaciones

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

-- La propiedad es

prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool

prop_representaciones_equiv (Positive n) =

representaciones n == representaciones2 n &&

representaciones2 n == representaciones3 n &&

representaciones3 n == representaciones4 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_representaciones_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones

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

-- λ> representaciones 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)

-- λ> representaciones2 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 867,944 bytes)

-- λ> representaciones3 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 173,512 bytes)

-- λ> representaciones4 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 423,424 bytes)

-- λ> length (representaciones2 (10^10))

-- 6

-- (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (10^10))

-- 6

-- (0.10 secs, 62,349,048 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (10^10))

-- 6

-- (0.11 secs, 48,052,360 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (4*10^12))

-- 7

-- (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (4*10^12))

-- 7

-- (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primosImparesConRepresentacionUnica =

[x | x <- tail primes

, length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1

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

primos4nM1 :: [Integer]

primos4nM1 = [x | x <- primes

, x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat

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

-- La propiedad es

prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool

prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =

primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

– ¡Cuándo llegará otro día!
– Hoy es siempre todavía.

Antonio Machado

Divisores compuestos

PorJosé A. Alonso 24-diciembre-201831-diciembre-2018

Definir la función

   divisoresCompuestos :: Integer -> [Integer]

1	divisoresCompuestos :: Integer -> [Integer]

tal que (divisoresCompuestos x) es la lista de los divisores de x que son números compuestos (es decir, números mayores que 1 que no son primos). Por ejemplo,

   divisoresCompuestos 30  ==  [6,10,15,30]
   length (divisoresCompuestos (product [1..11]))  ==  534
   length (divisoresCompuestos (product [1..14]))  ==  2585
   length (divisoresCompuestos (product [1..16]))  ==  5369
   length (divisoresCompuestos (product [1..25]))  ==  340022

divisoresCompuestos 30 == [6,10,15,30]

length (divisoresCompuestos (product [1..11])) == 534

length (divisoresCompuestos (product [1..14])) == 2585

length (divisoresCompuestos (product [1..16])) == 5369

length (divisoresCompuestos (product [1..25])) == 340022

Soluciones

import Data.List (group, inits, nub, sort, subsequences)
import Data.Numbers.Primes (isPrime, primeFactors)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos x =
  [y | y <- divisores x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

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

-- 2ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos2 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos2 x =
  [y | y <- divisores2 x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores2 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores2 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores2 :: Integer -> [Integer]
divisores2 x =
  [y | y <- [1..x `div` 2], x `mod` y == 0] ++ [x] 

-- 2ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos3 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos3 x =
  [y | y <- divisores2 x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores3 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores2 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores3 :: Integer -> [Integer]
divisores3 x =
  nub (sort (ys ++ [x `div` y | y <- ys]))
  where ys = [y | y <- [1..floor (sqrt (fromIntegral x))]
                , x `mod` y == 0]
             
-- 4ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos4 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos4 x =
  [y | y <- divisores4 x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores4 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores4 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores4 :: Integer -> [Integer]
divisores4 =
  nub . sort . map product . subsequences . primeFactors

-- 5ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos5 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos5 x =
  [y | y <- divisores5 x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores5 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores5 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores5 :: Integer -> [Integer]
divisores5 =
  sort
  . map (product . concat)
  . productoCartesiano
  . map inits
  . group
  . primeFactors

-- (productoCartesiano xss) es el producto cartesiano de los conjuntos
-- xss. Por ejemplo, 
--    λ> productoCartesiano [[1,3],[2,5],[6,4]]
--    [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]
productoCartesiano :: [[a]] -> [[a]]
productoCartesiano []       = [[]]
productoCartesiano (xs:xss) =
  [x:ys | x <- xs, ys <- productoCartesiano xss]
  
-- 6ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos6 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos6 =
  sort
  . map product
  . compuestos
  . map concat
  . productoCartesiano
  . map inits
  . group
  . primeFactors
  where compuestos xss = [xs | xs <- xss, length xs > 1]  

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

-- La propiedad es
prop_divisoresCompuestos :: (Positive Integer) -> Bool
prop_divisoresCompuestos (Positive x) =
  all (== divisoresCompuestos x) [f x | f <- [ divisoresCompuestos2
                                             , divisoresCompuestos3
                                             , divisoresCompuestos4
                                             , divisoresCompuestos5
                                             , divisoresCompuestos6 ]]

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

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

--    λ> length (divisoresCompuestos (product [1..11]))
--    534
--    (14.59 secs, 7,985,108,976 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos2 (product [1..11]))
--    534
--    (7.36 secs, 3,993,461,168 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos3 (product [1..11]))
--    534
--    (7.35 secs, 3,993,461,336 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos4 (product [1..11]))
--    534
--    (0.07 secs, 110,126,392 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..11]))
--    534
--    (0.01 secs, 3,332,224 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..11]))
--    534
--    (0.01 secs, 1,869,776 bytes)
--    
--    λ> length (divisoresCompuestos4 (product [1..14]))
--    2585
--    (9.11 secs, 9,461,570,720 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..14]))
--    2585
--    (0.04 secs, 17,139,872 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..14]))
--    2585
--    (0.02 secs, 10,140,744 bytes)
--    
--    λ> length (divisoresCompuestos2 (product [1..16]))
--    5369
--    (1.97 secs, 932,433,176 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..16]))
--    5369
--    (0.03 secs, 37,452,088 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..16]))
--    5369
--    (0.03 secs, 23,017,480 bytes)
--    
--    λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..25]))
--    340022
--    (2.43 secs, 3,055,140,056 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..25]))
--    340022
--    (1.94 secs, 2,145,440,904 bytes)

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import Data.List (group, inits, nub, sort, subsequences)

import Data.Numbers.Primes (isPrime, primeFactors)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

divisoresCompuestos :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos x =

[y | y <- divisores x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores x =

[y | y <- [1..x]

, x `mod` y == 0]

-- 2ª solución

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

divisoresCompuestos2 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos2 x =

[y | y <- divisores2 x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores2 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores2 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores2 :: Integer -> [Integer]

divisores2 x =

[y | y <- [1..x `div` 2], x `mod` y == 0] ++ [x]

-- 2ª solución

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

divisoresCompuestos3 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos3 x =

[y | y <- divisores2 x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores3 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores2 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores3 :: Integer -> [Integer]

divisores3 x =

nub (sort (ys ++ [x `div` y | y <- ys]))

where ys = [y | y <- [1..floor (sqrt (fromIntegral x))]

, x `mod` y == 0]

-- 4ª solución

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

divisoresCompuestos4 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos4 x =

[y | y <- divisores4 x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores4 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores4 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores4 :: Integer -> [Integer]

divisores4 =

nub . sort . map product . subsequences . primeFactors

-- 5ª solución

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

divisoresCompuestos5 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos5 x =

[y | y <- divisores5 x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores5 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores5 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores5 :: Integer -> [Integer]

divisores5 =

sort

. map (product . concat)

. productoCartesiano

. map inits

. group

. primeFactors

-- (productoCartesiano xss) es el producto cartesiano de los conjuntos

-- xss. Por ejemplo,

-- λ> productoCartesiano [[1,3],[2,5],[6,4]]

-- [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]

productoCartesiano :: [[a]] -> [[a]]

productoCartesiano [] = [[]]

productoCartesiano (xs:xss) =

[x:ys | x <- xs, ys <- productoCartesiano xss]

-- 6ª solución

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

divisoresCompuestos6 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos6 =

sort

. map product

. compuestos

. map concat

. productoCartesiano

. map inits

. group

. primeFactors

where compuestos xss = [xs | xs <- xss, length xs > 1]

-- Equivalencia de las definiciones

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

-- La propiedad es

prop_divisoresCompuestos :: (Positive Integer) -> Bool

prop_divisoresCompuestos (Positive x) =

all (== divisoresCompuestos x) [f x | f <- [ divisoresCompuestos2

, divisoresCompuestos3

, divisoresCompuestos4

, divisoresCompuestos5

, divisoresCompuestos6 ]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_divisoresCompuestos

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (divisoresCompuestos (product [1..11]))

-- 534

-- (14.59 secs, 7,985,108,976 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos2 (product [1..11]))

-- 534

-- (7.36 secs, 3,993,461,168 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos3 (product [1..11]))

-- 534

-- (7.35 secs, 3,993,461,336 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos4 (product [1..11]))

-- 534

-- (0.07 secs, 110,126,392 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..11]))

-- 534

-- (0.01 secs, 3,332,224 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..11]))

-- 534

-- (0.01 secs, 1,869,776 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos4 (product [1..14]))

-- 2585

-- (9.11 secs, 9,461,570,720 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..14]))

-- 2585

-- (0.04 secs, 17,139,872 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..14]))

-- 2585

-- (0.02 secs, 10,140,744 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos2 (product [1..16]))

-- 5369

-- (1.97 secs, 932,433,176 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..16]))

-- 5369

-- (0.03 secs, 37,452,088 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..16]))

-- 5369

-- (0.03 secs, 23,017,480 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..25]))

-- 340022

-- (2.43 secs, 3,055,140,056 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..25]))

-- 340022

-- (1.94 secs, 2,145,440,904 bytes)

Pensamiento

«La verdad del hombre empieza donde acaba su propia tontería, pero la
tontería del hombre es inagotable.»

Antonio Machado

Números que no son cuadrados

PorJosé A. Alonso 15-febrero-201822-febrero-2018

Definir las funciones

   noCuadrados :: [Integer]
   graficaNoCuadrados :: Integer -> IO ()

1 2	noCuadrados :: [Integer] graficaNoCuadrados :: Integer -> IO ()

tales que

noCuadrados es la lista de los números naturales que no son cuadrados. Por ejemplo,

     λ> take 25 noCuadrados
     [2,3,5,6,7,8,10,11,12,13,14,15,17,18,19,20,21,22,23,24,26,27,28,29,30]

1 2	λ> take 25 noCuadrados [2,3,5,6,7,8,10,11,12,13,14,15,17,18,19,20,21,22,23,24,26,27,28,29,30]

(graficaNoCuadrados n) dibuja las diferencias entre los n primeros elementos de noCuadrados y sus posiciones. Por ejemplo, (graficaNoCuadrados 300) dibuja

(graficaNoCuadrados 3000) dibuja

(graficaNoCuadrados 30000) dibuja

Comprobar con QuickCheck que el término de noCuadrados en la posición n-1 es (n + floor(1/2 + sqrt(n))).

Soluciones

import Data.List (genericIndex)
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

noCuadrados :: [Integer]
noCuadrados = aux [0..] cuadrados
  where aux xs (y:ys) = as ++ aux bs ys
          where (as,_:bs) = span (<y) xs

cuadrados :: [Integer]
cuadrados = [x^2 | x <- [0..]]

-- 2ª definición
-- =============

noCuadrados2 :: [Integer]
noCuadrados2 = aux 2 [1..]
  where aux n (_:xs) = ys ++ aux (n+2) zs
          where (ys,zs) = splitAt n xs

-- Definición de graficaNoCuadrados
-- ================================

graficaNoCuadrados :: Integer -> IO ()
graficaNoCuadrados n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("Numeros_que_no_son_cuadrados_" ++ show n ++ ".png")
           ]
           (zipWith (-) noCuadrados [0..n-1])

-- La propiedad es
prop_noCuadrados :: Positive Integer -> Bool
prop_noCuadrados (Positive n) =
  noCuadrados `genericIndex` (n-1) ==
  n + floor (1/2 + sqrt (fromIntegral n))

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

import Data.List (genericIndex)

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

noCuadrados :: [Integer]

noCuadrados = aux [0..] cuadrados

where aux xs (y:ys) = as ++ aux bs ys

where (as,_:bs) = span (<y) xs

cuadrados :: [Integer]

cuadrados = [x^2 | x <- [0..]]

-- 2ª definición

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

noCuadrados2 :: [Integer]

noCuadrados2 = aux 2 [1..]

where aux n (_:xs) = ys ++ aux (n+2) zs

where (ys,zs) = splitAt n xs

-- Definición de graficaNoCuadrados

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

graficaNoCuadrados :: Integer -> IO ()

graficaNoCuadrados n =

plotList [ Key Nothing

, PNG ("Numeros_que_no_son_cuadrados_" ++ show n ++ ".png")

]

(zipWith (-) noCuadrados [0..n-1])

-- La propiedad es

prop_noCuadrados :: Positive Integer -> Bool

prop_noCuadrados (Positive n) =

noCuadrados `genericIndex` (n-1) ==

n + floor (1/2 + sqrt (fromIntegral n))

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_noCuadrados

-- +++ OK, passed 100 tests.

Fractal hexagonal

PorJosé A. Alonso 16-enero-201819-febrero-2018

Escribir, usando CodeWorld, un programa para dibujar el fractal hexagonal que se muestra en la siguiente animación

Las 4 primeras fases de la animación son

Fase 0:
Fase 1:
Fase 2:
Fase 3:

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Agustín Martín Aguera.

Soluciones

import CodeWorld

main :: IO()
main = animationOf (hexagono . s)

hexagono :: Int -> Picture
hexagono 0 =
  colored red $ solidPolygon [(9,0),(4.5,c),(-4.5,c),(-9,0),(-4.5,-c),(4.5,-c)]
  where c = 9 * sin (pi / 3)
hexagono n =
  pictures (hex : take 6 (iterate (rotated (pi / 3)) (translated 6 0 hex)))
  where hex = scaled (1/3) (1/3) $ hexagono (n-1)

s :: Double -> Int
s t = mod (floor t) 5

import CodeWorld

main :: IO()

main = animationOf (hexagono . s)

hexagono :: Int -> Picture

hexagono 0 =

colored red $ solidPolygon [(9,0),(4.5,c),(-4.5,c),(-9,0),(-4.5,-c),(4.5,-c)]

where c = 9 * sin (pi / 3)

hexagono n =

pictures (hex : take 6 (iterate (rotated (pi / 3)) (translated 6 0 hex)))

where hex = scaled (1/3) (1/3) $ hexagono (n-1)

s :: Double -> Int

s t = mod (floor t) 5

Sucesión de raíces enteras de los números primos

PorJosé A. Alonso 26-diciembre-201719-febrero-2018

Definir las siguientes funciones

   raicesEnterasPrimos :: [Integer]
   posiciones :: Integer -> (Int,Int)
   frecuencia :: Integer -> Int
   grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()
   grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()
   grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()

raicesEnterasPrimos :: [Integer]

posiciones :: Integer -> (Int,Int)

frecuencia :: Integer -> Int

grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()

grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()

grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()

tales que

raicesEnterasPrimos es la sucesión de las raíces enteras (por defecto) de los números primos. Por ejemplo,

     λ> take 20 raicesEnterasPrimos
     [1,1,2,2,3,3,4,4,4,5,5,6,6,6,6,7,7,7,8,8]
     λ> raicesEnterasPrimos !! 2500000
     6415

λ> take 20 raicesEnterasPrimos

[1,1,2,2,3,3,4,4,4,5,5,6,6,6,6,7,7,7,8,8]

λ> raicesEnterasPrimos !! 2500000

6415

(posiciones x) es el par formado por la menor y la mayor posición de x en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo,

      posiciones 2     ==  (2,3)
      posiciones 4     ==  (6,8)
      posiciones 2017  ==  (287671,287931)
      posiciones 2018  ==  (287932,288208)

posiciones 2 == (2,3)

posiciones 4 == (6,8)

posiciones 2017 == (287671,287931)

posiciones 2018 == (287932,288208)

(frecuencia x) es el número de veces que aparece x en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo,

      frecuencia 2     ==  2
      frecuencia 4     ==  3
      frecuencia 2017  ==  261
      frecuencia 2018  ==  277

frecuencia 2 == 2

frecuencia 4 == 3

frecuencia 2017 == 261

frecuencia 2018 == 277

(grafica_raicesEnterasPrimos n) dibuja la gráfica de los n primeros términos de la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo, (grafica_raicesEnterasPrimos 200) dibuja
(grafica_posicionesIniciales n) dibuja la gráfica de las menores posiciones de los n primeros números en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo, (grafica_posicionesIniciales 200) dibuja
(grafica_frecuencia n) dibuja la gráfica de las frecuencia de los n primeros números en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo, (grafica_frecuencia 200) dibuja

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Graphics.Gnuplot.Simple

raicesEnterasPrimos :: [Integer]
raicesEnterasPrimos = map raizEntera primes                       

raizEntera :: Integer -> Integer
raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

posiciones :: Integer -> (Int,Int)
posiciones x = (n,n+m-1)
  where (as,bs) = span (<x) raicesEnterasPrimos
        cs      = takeWhile (==x) bs 
        n       = length as
        m       = length cs

frecuencia :: Integer -> Int
frecuencia x =
  ( length
  . takeWhile (==x)
  . dropWhile (<x)
  ) raicesEnterasPrimos

grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()
grafica_raicesEnterasPrimos n = 
  plotList [ Title "Raices enteras de primos"
           , XLabel "Posiciones de numeros primos"
           , YLabel "Raiz entera del n-esimo primo"
           , Key Nothing
           , PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_1.png"
           ]
           (take n raicesEnterasPrimos)

grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()
grafica_posicionesIniciales n = 
  plotList [ Title "Posiciones iniciales en raices enteras de primos"
           , XLabel "Numeros enteros"
           , YLabel "Posicion del numero n en las raices enteras de primos"
           , Key Nothing
           , PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_2.png"
           ]
           (map (fst . posiciones) [1..n])

grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()
grafica_frecuencias n = 
  plotList [ Title "Frecuencias en raices enteras de primos"
           , XLabel "Numeros enteros n"
           , YLabel "Frecuencia del numero n en las raices enteras de primos"
           , Key Nothing
           , PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_3.png"
           ]
           (map frecuencia [1..n])

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Graphics.Gnuplot.Simple

raicesEnterasPrimos :: [Integer]

raicesEnterasPrimos = map raizEntera primes

raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

posiciones :: Integer -> (Int,Int)

posiciones x = (n,n+m-1)

where (as,bs) = span (<x) raicesEnterasPrimos

cs = takeWhile (==x) bs

n = length as

m = length cs

frecuencia :: Integer -> Int

frecuencia x =

( length

. takeWhile (==x)

. dropWhile (<x)

) raicesEnterasPrimos

grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()

grafica_raicesEnterasPrimos n =

plotList [ Title "Raices enteras de primos"

, XLabel "Posiciones de numeros primos"

, YLabel "Raiz entera del n-esimo primo"

, Key Nothing

, PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_1.png"

]

(take n raicesEnterasPrimos)

grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()

grafica_posicionesIniciales n =

plotList [ Title "Posiciones iniciales en raices enteras de primos"

, XLabel "Numeros enteros"

, YLabel "Posicion del numero n en las raices enteras de primos"

, Key Nothing

, PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_2.png"

]

(map (fst . posiciones) [1..n])

grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()

grafica_frecuencias n =

plotList [ Title "Frecuencias en raices enteras de primos"

, XLabel "Numeros enteros n"

, YLabel "Frecuencia del numero n en las raices enteras de primos"

, Key Nothing

, PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_3.png"

]

(map frecuencia [1..n])

Menor con suma de dígitos dada

PorJosé A. Alonso 15-diciembre-201722-diciembre-2017

Definir la función

   minSumDig :: Integer -> Integer

1	minSumDig :: Integer -> Integer

tal que (minSumDig n) es el menor número x tal que la suma de los dígitos de x es n. Por ejemplo,

  minSumDig 1   ==  1
  minSumDig 12  ==  39
  minSumDig 21  ==  399
  (length . show . minSumDig) (3*10^5)  ==  33334
  (length . show . minSumDig) (3*10^6)  ==  333334
  (length . show . minSumDig) (3*10^7)  ==  3333334
  (length . show . minSumDig) (4*10^7)  ==  4444445
  (length . show . minSumDig) (5*10^7)  ==  5555556

minSumDig 1 == 1

minSumDig 12 == 39

minSumDig 21 == 399

(length . show . minSumDig) (3*10^5) == 33334

(length . show . minSumDig) (3*10^6) == 333334

(length . show . minSumDig) (3*10^7) == 3333334

(length . show . minSumDig) (4*10^7) == 4444445

(length . show . minSumDig) (5*10^7) == 5555556

Soluciones

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª definición
-- =============

minSumDig1 :: Integer -> Integer
minSumDig1 n = head [x | x <- [0..], sumaDigitos x == n]

sumaDigitos :: Integer -> Integer
sumaDigitos n | n < 10    = n
              | otherwise = y + sumaDigitos x
  where (x, y) = divMod n 10

-- 2ª definición
minSumDig2 :: Integer -> Integer
minSumDig2 n | n < 10    = n
             | otherwise = 9 + 10 * minSumDig2 (n - 9) 

-- 3ª definición
minSumDig3 :: Integer -> Integer
minSumDig3 n = (r + 1) * 10^d - 1
  where (d,r) = divMod n 9

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

--    λ> minSumDig1 46
--    199999
--    (3.21 secs, 542,721,696 bytes)
--    λ> minSumDig2 46
--    199999
--    (0.01 secs, 142,056 bytes)
--    λ> minSumDig3 46
--    199999
--    (0.01 secs, 155,984 bytes)
--    
--    λ> (length . show . minSumDig2) (3*10^5)
--    33334
--    (1.79 secs, 492,200,376 bytes)
--    λ> (length . show . minSumDig3) (3*10^5)
--    33334
--    (0.11 secs, 50,119,840 bytes)

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª definición

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

minSumDig1 :: Integer -> Integer

minSumDig1 n = head [x | x <- [0..], sumaDigitos x == n]

sumaDigitos :: Integer -> Integer

sumaDigitos n | n < 10 = n

| otherwise = y + sumaDigitos x

where (x, y) = divMod n 10

-- 2ª definición

minSumDig2 :: Integer -> Integer

minSumDig2 n | n < 10 = n

| otherwise = 9 + 10 * minSumDig2 (n - 9)

-- 3ª definición

minSumDig3 :: Integer -> Integer

minSumDig3 n = (r + 1) * 10^d - 1

where (d,r) = divMod n 9

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> minSumDig1 46

-- 199999

-- (3.21 secs, 542,721,696 bytes)

-- λ> minSumDig2 46

-- 199999

-- (0.01 secs, 142,056 bytes)

-- λ> minSumDig3 46

-- 199999

-- (0.01 secs, 155,984 bytes)

-- λ> (length . show . minSumDig2) (3*10^5)

-- 33334

-- (1.79 secs, 492,200,376 bytes)

-- λ> (length . show . minSumDig3) (3*10^5)

-- 33334

-- (0.11 secs, 50,119,840 bytes)

Caminos minimales en un árbol numérico

PorJosé A. Alonso 7-diciembre-201725-abril-2021

En la librería Data.Tree se definen los árboles y los bosques como sigue

   data Tree a   = Node a (Forest a)
   type Forest a = [Tree a]

1 2	data Tree a = Node a (Forest a) type Forest a = [Tree a]

Se pueden definir árboles. Por ejemplo,

   ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

1	ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

Y se pueden dibujar con la función drawTree. Por ejemplo,

   λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))
   3
   |
   +- 5
   |  |
   |  `- 9
   |
   `- 7

λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))

+- 5

| |

| `- 9

`- 7

Los mayores divisores de un número x son los divisores u tales que u > 1 y existe un v tal que 1 < v < u y u*v = x. Por ejemplo, los mayores divisores de 24 son 12, 8 y 6.

El árbol de los predecesores y mayores divisores de un número x es el árbol cuya raíz es x y los sucesores de cada nodo y > 1 es el conjunto formado por y-1 junto con los mayores divisores de y. Los nodos con valor 1 no tienen sucesores. Por ejemplo, el árbol de los predecesores y mayores divisores del número 6 es

/ \

5 3

| |

4 2

/ \ |

3 2 1

| |

2 1

Definir las siguientes funciones

   mayoresDivisores :: Int -> [Int]
   arbol            :: Int -> Tree Int
   caminos          :: Int -> [[Int]]
   caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

arbol :: Int -> Tree Int

caminos :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

tales que

(mayoresDivisores x) es la lista de los mayores divisores de x. Por ejemplo,

     mayoresDivisores 24  ==  [12,8,6]
     mayoresDivisores 16  ==  [8,4]
     mayoresDivisores 10  ==  [5]
     mayoresDivisores 17  ==  []

mayoresDivisores 24 == [12,8,6]

mayoresDivisores 16 == [8,4]

mayoresDivisores 10 == [5]

mayoresDivisores 17 == []

(arbol x) es el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))
     6
     |
     +- 5
     |  |
     |  `- 4
     |     |
     |     +- 3
     |     |  |
     |     |  `- 2
     |     |     |
     |     |     `- 1
     |     |
     |     `- 2
     |        |
     |        `- 1
     |
     `- 3
        |
        `- 2
           |
           `- 1

λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))

+- 5

| |

| `- 4

| |

| +- 3

| | |

| | `- 2

| | |

| | `- 1

| |

| `- 2

| |

| `- 1

`- 3

`- 2

`- 1

(caminos x) es la lista de los caminos en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminos 6
     [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

1 2	λ> caminos 6 [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

(caminosMinimales x) es la lista de los caminos en de menor longitud en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminosMinimales 6
     [[6,3,2,1]]
     λ> caminosMinimales 17
     [[17,16,4,2,1]]
     λ> caminosMinimales 50
     [[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 6

[[6,3,2,1]]

λ> caminosMinimales 17

[[17,16,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 50

[[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

Soluciones

import Data.Tree

mayoresDivisores :: Int -> [Int]
mayoresDivisores x =
  [max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]
           , x `mod` u == 0
           , let v = x `div` u]  

arbol :: Int -> Tree Int
arbol 1 = Node 1 []
arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]
caminos = caminosArbol . arbol

--    λ> caminosArbol (arbol 6)
--    [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]
caminosArbol :: Tree a -> [[a]]
caminosArbol (Node x []) = [[x]]
caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]
caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]
caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]
  where yss = caminos x
        m   = minimum (map length yss)

import Data.Tree

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

mayoresDivisores x =

[max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]

, x `mod` u == 0

, let v = x `div` u]

arbol :: Int -> Tree Int

arbol 1 = Node 1 []

arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]

caminos = caminosArbol . arbol

-- λ> caminosArbol (arbol 6)

-- [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

caminosArbol :: Tree a -> [[a]]

caminosArbol (Node x []) = [[x]]

caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]

caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]

where yss = caminos x

m = minimum (map length yss)

Sumas de dos cuadrados

PorJosé A. Alonso 24-noviembre-20174-diciembre-2017

Definir la función

   sumasDe2Cuadrados :: Integer -> [(Integer, Integer)]

1	sumasDe2Cuadrados :: Integer -> [(Integer, Integer)]

tal que (sumasDe2Cuadrados n) es la lista de los pares de números tales que la suma de sus cuadrados es n y el primer elemento del par es mayor o igual que el segundo. Por ejemplo,

   sumasDe2Cuadrados 25                ==  [(5,0),(4,3)]
   sumasDe2Cuadrados 32                ==  [(4,4)]
   sumasDe2Cuadrados 55                ==  []
   sumasDe2Cuadrados 850               ==  [(29,3),(27,11),(25,15)]
   length (sumasDe2Cuadrados (10^12))  ==  7

sumasDe2Cuadrados 25 == [(5,0),(4,3)]

sumasDe2Cuadrados 32 == [(4,4)]

sumasDe2Cuadrados 55 == []

sumasDe2Cuadrados 850 == [(29,3),(27,11),(25,15)]

length (sumasDe2Cuadrados (10^12)) == 7

Soluciones

-- 1ª definición
sumasDe2Cuadrados1 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
sumasDe2Cuadrados1 n = 
  [(x,y) | x <- [n,n-1..0]
         , y <- [0..x]
         , x*x+y*y == n]

-- 2ª definición:
sumasDe2Cuadrados2 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
sumasDe2Cuadrados2 n = 
  [(x,y) | x <- [a,a-1..0]
         , y <- [0..x]
         , x*x+y*y == n]
  where a = (floor . sqrt . fromIntegral) n

-- 3ª definición
sumasDe2Cuadrados3 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
sumasDe2Cuadrados3 n =
  [(raizEntera x, raizEntera y)
  | y <- takeWhile (<= n `div` 2) cuadrados
  , let x = n - y
  , esCuadrado x]

cuadrados :: [Integer]
cuadrados = map (^2) [0..]

esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x =
  x == y * y
  where y = raizEntera x
  
raizEntera :: Integer -> Integer
raizEntera x =
  (floor . sqrt . fromIntegral) x

-- 4ª definición
sumasDe2Cuadrados4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
sumasDe2Cuadrados4 n = aux ((floor . sqrt . fromIntegral) n) 0 
  where aux x y | x < y          = [] 
                | x*x + y*y <  n = aux x (y+1)
                | x*x + y*y == n = (x,y) : aux (x-1) (y+1)
                | otherwise      = aux (x-1) y

-- Comparación de eficiencia
--    λ> sumasDe2Cuadrados1 2020
--    [(42,16),(38,24)]
--    (4.29 secs, 621,601,336 bytes)
--    λ> sumasDe2Cuadrados2 2020
--    [(42,16),(38,24)]
--    (0.01 secs, 488,496 bytes)
--    λ> sumasDe2Cuadrados3 2020
--    [(42,16),(38,24)]
--    (0.02 secs, 197,256 bytes)
--    λ> sumasDe2Cuadrados4 2020
--    [(42,16),(38,24)]
--    (0.01 secs, 175,088 bytes)
--
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados2 48612265)
--    32
--    (51.25 secs, 7,395,035,904 bytes)
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados3 48612265)
--    32
--    (0.06 secs, 8,368,296 bytes)
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados4 48612265)
--    32
--    (0.04 secs, 3,483,168 bytes)
--    
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados3 (10^12))
--    7
--    (7.32 secs, 1,137,167,688 bytes)
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados4 (10^12))
--    7
--    (3.64 secs, 480,776,736 bytes)

-- 1ª definición

sumasDe2Cuadrados1 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

sumasDe2Cuadrados1 n =

[(x,y) | x <- [n,n-1..0]

, y <- [0..x]

, x*x+y*y == n]

-- 2ª definición:

sumasDe2Cuadrados2 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

sumasDe2Cuadrados2 n =

[(x,y) | x <- [a,a-1..0]

, y <- [0..x]

, x*x+y*y == n]

where a = (floor . sqrt . fromIntegral) n

-- 3ª definición

sumasDe2Cuadrados3 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

sumasDe2Cuadrados3 n =

[(raizEntera x, raizEntera y)

| y <- takeWhile (<= n `div` 2) cuadrados

, let x = n - y

, esCuadrado x]

cuadrados :: [Integer]

cuadrados = map (^2) [0..]

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x =

x == y * y

where y = raizEntera x

raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera x =

(floor . sqrt . fromIntegral) x

-- 4ª definición

sumasDe2Cuadrados4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

sumasDe2Cuadrados4 n = aux ((floor . sqrt . fromIntegral) n) 0

where aux x y | x < y = []

| x*x + y*y < n = aux x (y+1)

| x*x + y*y == n = (x,y) : aux (x-1) (y+1)

| otherwise = aux (x-1) y

-- Comparación de eficiencia

-- λ> sumasDe2Cuadrados1 2020

-- [(42,16),(38,24)]

-- (4.29 secs, 621,601,336 bytes)

-- λ> sumasDe2Cuadrados2 2020

-- [(42,16),(38,24)]

-- (0.01 secs, 488,496 bytes)

-- λ> sumasDe2Cuadrados3 2020

-- [(42,16),(38,24)]

-- (0.02 secs, 197,256 bytes)

-- λ> sumasDe2Cuadrados4 2020

-- [(42,16),(38,24)]

-- (0.01 secs, 175,088 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados2 48612265)

-- 32

-- (51.25 secs, 7,395,035,904 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados3 48612265)

-- 32

-- (0.06 secs, 8,368,296 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados4 48612265)

-- 32

-- (0.04 secs, 3,483,168 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados3 (10^12))

-- 7

-- (7.32 secs, 1,137,167,688 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados4 (10^12))

-- 7

-- (3.64 secs, 480,776,736 bytes)

[/schedule]

Números completos

PorJosé A. Alonso 6-noviembre-201714-noviembre-2017

Las descomposiciones de un número n son las parejas de números (x,y) tales que x >= y y la suma de las cuatro operaciones básicas (suma, producto, resta (el mayor menos el menor) y cociente (el mayor entre el menor)) es el número n. Por ejemplo, (8,2) es una descomposición de 36 ya que

   (8 + 2) + (8 - 2) + (8 * 2) + (8 / 2) = 36

1	(8 + 2) + (8 - 2) + (8 * 2) + (8 / 2) = 36

Un número es completo si tiene alguna descomposición como las anteriores. Por ejemplo, el 36 es completo pero el 21 no lo es.

Definir las siguientes funciones

   descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   completos        :: [Integer]

1 2	descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer)] completos :: [Integer]

tales que

(descomposiciones n) es la lista de las descomposiones de n. Por ejemplo,

     descomposiciones 12   ==  [(3,1)]
     descomposiciones 16   ==  [(3,3),(4,1)]
     descomposiciones 36   ==  [(5,5),(8,2),(9,1)]
     descomposiciones 288  ==  [(22,11),(40,5),(54,3),(64,2),(72,1)]
     descomposiciones 21   ==  []

descomposiciones 12 == [(3,1)]

descomposiciones 16 == [(3,3),(4,1)]

descomposiciones 36 == [(5,5),(8,2),(9,1)]

descomposiciones 288 == [(22,11),(40,5),(54,3),(64,2),(72,1)]

descomposiciones 21 == []

completos es la lista de los números completos. Por ejemplo,

     take 15 completos  ==  [4,8,9,12,16,18,20,24,25,27,28,32,36,40,44]
     completos !! 100   ==  261

1 2	take 15 completos == [4,8,9,12,16,18,20,24,25,27,28,32,36,40,44] completos !! 100 == 261

Soluciones

-- 1ª solución de descomposiciones
descomposiciones1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposiciones1 n =
  [(x,y) | x <- [1..n]
         , y <- [1..x]
         , x `rem` y == 0
         , (x + y) + (x - y) + (x * y) + (x `div` y) == n]

-- 2ª solución de descomposiciones
descomposiciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposiciones2 n =
  [(n `div` ((y+1)^2) * y,y)
  | y <- [1..(floor . sqrt . fromIntegral) n]
  , n `mod` ((y+1)^2) == 0]

-- Comparación de eficiencia
--    λ> length (descomposiciones1 4000)
--    5
--    (3.16 secs, 1,618,693,272 bytes)
--    λ> length (descomposiciones2 4000)
--    5
--    (0.00 secs, 188,208 bytes)

-- Usaremos la 2ª definició de descomposiciones
descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposiciones = descomposiciones2

-- 1ª definición de completos
completos1 :: [Integer]
completos1 = [n | n <- [1..]
                , not (null (descomposiciones n))]

-- 2ª definición de completos
completos2 :: [Integer]
completos2 = filter (not . null . descomposiciones) [1..]

-- Usaremos la 2ª definición de completos
completos :: [Integer]
completos = completos2

-- 1ª solución de descomposiciones

descomposiciones1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

descomposiciones1 n =

[(x,y) | x <- [1..n]

, y <- [1..x]

, x `rem` y == 0

, (x + y) + (x - y) + (x * y) + (x `div` y) == n]

-- 2ª solución de descomposiciones

descomposiciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

descomposiciones2 n =

[(n `div` ((y+1)^2) * y,y)

| y <- [1..(floor . sqrt . fromIntegral) n]

, n `mod` ((y+1)^2) == 0]

-- Comparación de eficiencia

-- λ> length (descomposiciones1 4000)

-- 5

-- (3.16 secs, 1,618,693,272 bytes)

-- λ> length (descomposiciones2 4000)

-- 5

-- (0.00 secs, 188,208 bytes)

-- Usaremos la 2ª definició de descomposiciones

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

descomposiciones = descomposiciones2

-- 1ª definición de completos

completos1 :: [Integer]

completos1 = [n | n <- [1..]

, not (null (descomposiciones n))]

-- 2ª definición de completos

completos2 :: [Integer]

completos2 = filter (not . null . descomposiciones) [1..]

-- Usaremos la 2ª definición de completos

completos :: [Integer]

completos = completos2

Números libres de cuadrados

PorJosé A. Alonso 3-noviembre-201725-abril-2021

Un número entero positivo es libre de cuadrados si no es divisible el cuadrado de ningún entero mayor que 1. Por ejemplo, 70 es libre de cuadrado porque sólo es divisible por 1, 2, 5, 7 y 70; en cambio, 40 no es libre de cuadrados porque es divisible por 2^2.

Definir la función

   libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

1	libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

tal que (libreDeCuadrados x) se verifica si x es libre de cuadrados. Por ejemplo,

   libreDeCuadrados 70                    ==  True
   libreDeCuadrados 40                    ==  False
   libreDeCuadrados 510510                ==  True
   libreDeCuadrados (((10^10)^10)^10)     ==  False

libreDeCuadrados 70 == True

libreDeCuadrados 40 == False

libreDeCuadrados 510510 == True

libreDeCuadrados (((10^10)^10)^10) == False

Otro ejemplo,

   λ> filter (not . libreDeCuadrados) [1..50]
   [4,8,9,12,16,18,20,24,25,27,28,32,36,40,44,45,48,49,50]

1 2	λ> filter (not . libreDeCuadrados) [1..50] [4,8,9,12,16,18,20,24,25,27,28,32,36,40,44,45,48,49,50]

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primeFactors, primes)
import Data.List (nub)
import Test.QuickCheck

import Data.List (genericLength) -- Para OS

-- 1ª definición:
libreDeCuadrados :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados x = x == product (divisoresPrimos x)

-- (divisoresPrimos x) es la lista de los divisores primos de x. Por
-- ejemplo,  
--    divisoresPrimos 40  ==  [2,5]
--    divisoresPrimos 70  ==  [2,5,7]
divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]
divisoresPrimos x = [n | n <- divisores x, primo n]

-- (divisores n) es la lista de los divisores del número n. 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]

-- (primo n) se verifica si n es primo. Por ejemplo,
--    primo 30  == False
--    primo 31  == True  
primo :: Integer -> Bool
primo n = divisores n == [1, n]

-- 2ª definición
libreDeCuadrados2 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados2 n = 
    null [x | x <- [2..n], rem n (x^2) == 0]

-- 3ª definición
libreDeCuadrados3 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados3 n = 
    null [x | x <- [2..floor (sqrt (fromIntegral n))], 
              rem n (x^2) == 0]

-- 4ª definición
libreDeCuadrados4 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados4 n = 
  xs == nub xs
  where xs = primeFactors n

-- 5ª definición
libreDeCuadrados5 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados5 n = 
  all (\(x,y) -> x /= y) (zip xs (tail xs))
  where xs = primeFactors n

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

prop_equivalencia :: Integer -> Property
prop_equivalencia n =
  n > 0 ==>
  all (== libreDeCuadrados n)
      [f n | f <- [ libreDeCuadrados2
                  , libreDeCuadrados3
                  , libreDeCuadrados4
                  , libreDeCuadrados5
                  ]]

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

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

--    λ> libreDeCuadrados 510510
--    True
--    (0.76 secs, 89,522,360 bytes)
--    λ> libreDeCuadrados2 510510
--    True
--    (1.78 secs, 371,826,320 bytes)
--    λ> libreDeCuadrados3 510510
--    True
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    λ> libreDeCuadrados4 510510
--    True
--    (0.00 secs, 152,712 bytes)
--
--    λ> filter libreDeCuadrados3 [1..] !! (2*10^4)
--    32906
--    (2.24 secs, 1,812,139,456 bytes)
--    λ> filter libreDeCuadrados4 [1..] !! (2*10^4)
--    32906
--    (0.51 secs, 936,216,664 bytes)
--    λ> filter libreDeCuadrados5 [1..] !! (2*10^4)
--    32906
--    (0.38 secs, 806,833,952 bytes)
--
--    λ> filter libreDeCuadrados4 [1..] !! (10^5)
--    164499
--    (3.28 secs, 7,470,629,888 bytes)
--    λ> filter libreDeCuadrados5 [1..] !! (10^5)
--    164499
--    (2.88 secs, 6,390,072,384 bytes)

100

import Data.Numbers.Primes (primeFactors, primes)

import Data.List (nub)

import Test.QuickCheck

import Data.List (genericLength) -- Para OS

-- 1ª definición:

libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados x = x == product (divisoresPrimos x)

-- (divisoresPrimos x) es la lista de los divisores primos de x. Por

-- ejemplo,

-- divisoresPrimos 40 == [2,5]

-- divisoresPrimos 70 == [2,5,7]

divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]

divisoresPrimos x = [n | n <- divisores x, primo n]

-- (divisores n) es la lista de los divisores del número n. 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]

-- (primo n) se verifica si n es primo. Por ejemplo,

-- primo 30 == False

-- primo 31 == True

primo :: Integer -> Bool

primo n = divisores n == [1, n]

-- 2ª definición

libreDeCuadrados2 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados2 n =

null [x | x <- [2..n], rem n (x^2) == 0]

-- 3ª definición

libreDeCuadrados3 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados3 n =

null [x | x <- [2..floor (sqrt (fromIntegral n))],

rem n (x^2) == 0]

-- 4ª definición

libreDeCuadrados4 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados4 n =

xs == nub xs

where xs = primeFactors n

-- 5ª definición

libreDeCuadrados5 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados5 n =

all (\(x,y) -> x /= y) (zip xs (tail xs))

where xs = primeFactors n

-- Equivalencia de las definiciones

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

prop_equivalencia :: Integer -> Property

prop_equivalencia n =

n > 0 ==>

all (== libreDeCuadrados n)

[f n | f <- [ libreDeCuadrados2

, libreDeCuadrados3

, libreDeCuadrados4

, libreDeCuadrados5

]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equivalencia

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> libreDeCuadrados 510510

-- True

-- (0.76 secs, 89,522,360 bytes)

-- λ> libreDeCuadrados2 510510

-- True

-- (1.78 secs, 371,826,320 bytes)

-- λ> libreDeCuadrados3 510510

-- True

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> libreDeCuadrados4 510510

-- True

-- (0.00 secs, 152,712 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados3 [1..] !! (2*10^4)

-- 32906

-- (2.24 secs, 1,812,139,456 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados4 [1..] !! (2*10^4)

-- 32906

-- (0.51 secs, 936,216,664 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados5 [1..] !! (2*10^4)

-- 32906

-- (0.38 secs, 806,833,952 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados4 [1..] !! (10^5)

-- 164499

-- (3.28 secs, 7,470,629,888 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados5 [1..] !! (10^5)

-- 164499

-- (2.88 secs, 6,390,072,384 bytes)

Número de dígitos del factorial

PorJosé A. Alonso 23-marzo-201731-marzo-2017

Definir las funciones

   nDigitosFact :: Integer -> Integer
   graficas     :: [Integer] -> IO ()

1 2	nDigitosFact :: Integer -> Integer graficas :: [Integer] -> IO ()

tales que

(nDigitosFact n) es el número de dígitos de n!. Por ejemplo,

     nDigitosFact 0        ==  1
     nDigitosFact 4        ==  2
     nDigitosFact 5        ==  3
     nDigitosFact 10       ==  7
     nDigitosFact 100      ==  158
     nDigitosFact 1000     ==  2568
     nDigitosFact 10000    ==  35660
     nDigitosFact 100000   ==  456574
     nDigitosFact 1000000  ==  5565709

nDigitosFact 0 == 1

nDigitosFact 4 == 2

nDigitosFact 5 == 3

nDigitosFact 10 == 7

nDigitosFact 100 == 158

nDigitosFact 1000 == 2568

nDigitosFact 10000 == 35660

nDigitosFact 100000 == 456574

nDigitosFact 1000000 == 5565709

(graficas xs) dibuja las gráficas de los números de dígitos del factorial de k (para k en xs) y de la recta y = 5.5 x. Por ejemplo, (graficas [0,500..10^6]) dibuja

Nota: Este ejercicio está basado en el problema How many digits? de Kattis en donde se impone la restricción de calcular, en menos de 1 segundo, el número de dígitos de los factoriales de 10.000 números del rango [0,1.000.000].

Se puede simular como sigue

   λ> import System.Random 
   λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
   λ> maximum (map nDigitosFact xs)
   5561492
   λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
   λ> maximum (map nDigitosFact xs)
   5563303

λ> import System.Random

λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

λ> maximum (map nDigitosFact xs)

5561492

λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

λ> maximum (map nDigitosFact xs)

5563303

Soluciones

import Data.List (genericLength, genericIndex)
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición
nDigitosFact1 :: Integer -> Integer
nDigitosFact1 n =
  genericLength (show (product [1..n]))

-- 2ª definición (usando logaritmos)
-- =================================

-- Basado en
--    nDigitos (n!) = 1 + floor (log (n!))
--                  = 1 + floor (log (1*2*3*...*n))
--                  = 1 + floor (log(1) + log(2) + log(3) +...+ log(n))

nDigitosFact2 :: Integer -> Integer
nDigitosFact2 n =
  1 + floor (sum [logBase 10 (fromIntegral k) | k <- [1..n]])

-- 3ª definición (usando logaritmos y programación dinámica)
-- =========================================================

nDigitosFact3 :: Integer -> Integer
nDigitosFact3 0 = 1
nDigitosFact3 n = 1 + floor ((sumLogs `genericIndex` (n-1)) / log 10)

logs :: [Double]
logs = map log [1..]

sumLogs :: [Double]
sumLogs = scanl1 (+) logs

-- 4ª definición (Usando la fórmula de Kamenetsky)
-- ===============================================

-- La fórmula se encuentra en https://oeis.org/A034886

nDigitosFact4 :: Integer -> Integer
nDigitosFact4 0 = 1
nDigitosFact4 1 = 1
nDigitosFact4 n =
  1 + floor (m * logBase 10 (m/e) + logBase 10 (2*pi*m)/2)
  where m = fromIntegral n
        e = exp 1

--    λ> nDigitosFact1 (4*10^4)
--    166714
--    (5.61 secs, 1,649,912,864 bytes)
--    λ> nDigitosFact2 (4*10^4)
--    166714
--    (0.10 secs, 13,741,360 bytes)
--
--    λ> nDigitosFact2 (7*10^5)
--    3787566
--    (1.86 secs, 187,666,328 bytes)
--    λ> nDigitosFact3 (7*10^5)
--    3787566
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    λ> nDigitosFact3 (7*10^5)
--    3787566
--    (1.01 secs, 238,682,064 bytes)
--    λ> nDigitosFact4 (7*10^5)
--    3787566
--    (0.01 secs, 0 bytes)
-- 
--    λ> import System.Random 
--    λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^2]]
--    λ> maximum (map nDigitosFact3 xs)
--    5565097
--    (11.19 secs, 7,336,595,440 bytes)
--    λ> maximum (map nDigitosFact4 xs)
--    5565097
--    (0.01 secs, 0 bytes)

graficas :: [Integer] -> IO ()
graficas xs = 
    plotLists [Key Nothing]
              [p1, p2]
    where p1, p2 :: [(Float, Float)]
          p1 = [(fi k, fi (nDigitosFact4 k)) | k <- xs]
          p2 = [(k',5.5*k') | k <- xs, let k' = fi k]
          fi = fromIntegral

import Data.List (genericLength, genericIndex)

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición

nDigitosFact1 :: Integer -> Integer

nDigitosFact1 n =

genericLength (show (product [1..n]))

-- 2ª definición (usando logaritmos)

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

-- Basado en

-- nDigitos (n!) = 1 + floor (log (n!))

-- = 1 + floor (log (1*2*3*...*n))

-- = 1 + floor (log(1) + log(2) + log(3) +...+ log(n))

nDigitosFact2 :: Integer -> Integer

nDigitosFact2 n =

1 + floor (sum [logBase 10 (fromIntegral k) | k <- [1..n]])

-- 3ª definición (usando logaritmos y programación dinámica)

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

nDigitosFact3 :: Integer -> Integer

nDigitosFact3 0 = 1

nDigitosFact3 n = 1 + floor ((sumLogs `genericIndex` (n-1)) / log 10)

logs :: [Double]

logs = map log [1..]

sumLogs :: [Double]

sumLogs = scanl1 (+) logs

-- 4ª definición (Usando la fórmula de Kamenetsky)

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

-- La fórmula se encuentra en https://oeis.org/A034886

nDigitosFact4 :: Integer -> Integer

nDigitosFact4 0 = 1

nDigitosFact4 1 = 1

nDigitosFact4 n =

1 + floor (m * logBase 10 (m/e) + logBase 10 (2*pi*m)/2)

where m = fromIntegral n

e = exp 1

-- λ> nDigitosFact1 (4*10^4)

-- 166714

-- (5.61 secs, 1,649,912,864 bytes)

-- λ> nDigitosFact2 (4*10^4)

-- 166714

-- (0.10 secs, 13,741,360 bytes)

-- λ> nDigitosFact2 (7*10^5)

-- 3787566

-- (1.86 secs, 187,666,328 bytes)

-- λ> nDigitosFact3 (7*10^5)

-- 3787566

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> nDigitosFact3 (7*10^5)

-- 3787566

-- (1.01 secs, 238,682,064 bytes)

-- λ> nDigitosFact4 (7*10^5)

-- 3787566

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> import System.Random

-- λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^2]]

-- λ> maximum (map nDigitosFact3 xs)

-- 5565097

-- (11.19 secs, 7,336,595,440 bytes)

-- λ> maximum (map nDigitosFact4 xs)

-- 5565097

-- (0.01 secs, 0 bytes)

graficas :: [Integer] -> IO ()

graficas xs =

plotLists [Key Nothing]

[p1, p2]

where p1, p2 :: [(Float, Float)]

p1 = [(fi k, fi (nDigitosFact4 k)) | k <- xs]

p2 = [(k',5.5*k') | k <- xs, let k' = fi k]

fi = fromIntegral

Caminos minimales en un arbol numérico

PorJosé A. Alonso 10-marzo-201725-abril-2021

En la librería Data.Tree se definen los árboles y los bosques como sigue

   data Tree a   = Node a (Forest a)
   type Forest a = [Tree a]

1 2	data Tree a = Node a (Forest a) type Forest a = [Tree a]

Se pueden definir árboles. Por ejemplo,

   ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

1	ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

Y se pueden dibujar con la función drawTree. Por ejemplo,

   λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))
   3
   |
   +- 5
   |  |
   |  `- 9
   |
   `- 7

λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))

+- 5

| |

| `- 9

`- 7

Los mayores divisores de un número x son los divisores u tales que u > 1 y existe un v tal que 1 < v < u y u*v = x. Por ejemplo, los mayores divisores de 24 son 12, 8 y 6.

/ \

5 3

| |

4 2

/ \ |

3 2 1

| |

2 1

Definir las siguientes funciones

   mayoresDivisores :: Int -> [Int]
   arbol            :: Int -> Tree Int
   caminos          :: Int -> [[Int]]
   caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

arbol :: Int -> Tree Int

caminos :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

tales que

(mayoresDivisores x) es la lista de los mayores divisores de x. Por ejemplo,

     mayoresDivisores 24  ==  [12,8,6]
     mayoresDivisores 16  ==  [8,4]
     mayoresDivisores 10  ==  [5]
     mayoresDivisores 17  ==  []

mayoresDivisores 24 == [12,8,6]

mayoresDivisores 16 == [8,4]

mayoresDivisores 10 == [5]

mayoresDivisores 17 == []

(arbol x) es el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))
     6
     |
     +- 5
     |  |
     |  `- 4
     |     |
     |     +- 3
     |     |  |
     |     |  `- 2
     |     |     |
     |     |     `- 1
     |     |
     |     `- 2
     |        |
     |        `- 1
     |
     `- 3
        |
        `- 2
           |
           `- 1

λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))

+- 5

| |

| `- 4

| |

| +- 3

| | |

| | `- 2

| | |

| | `- 1

| |

| `- 2

| |

| `- 1

`- 3

`- 2

`- 1

(caminos x) es la lista de los caminos en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminos 6
     [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

1 2	λ> caminos 6 [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

(caminosMinimales x) es la lista de los caminos en de menor longitud en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminosMinimales 6
     [[6,3,2,1]]
     λ> caminosMinimales 17
     [[17,16,4,2,1]]
     λ> caminosMinimales 50
     [[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 6

[[6,3,2,1]]

λ> caminosMinimales 17

[[17,16,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 50

[[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

Soluciones

import Data.Tree

mayoresDivisores :: Int -> [Int]
mayoresDivisores x =
  [max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]
           , x `mod` u == 0
           , let v = x `div` u]  

arbol :: Int -> Tree Int
arbol 1 = Node 1 []
arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]
caminos = caminosArbol . arbol

--    λ> caminosArbol (arbol 6)
--    [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]
caminosArbol :: Tree a -> [[a]]
caminosArbol (Node x []) = [[x]]
caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]
caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]
caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]
  where yss = caminos x
        m   = minimum (map length yss)

import Data.Tree

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

mayoresDivisores x =

[max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]

, x `mod` u == 0

, let v = x `div` u]

arbol :: Int -> Tree Int

arbol 1 = Node 1 []

arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]

caminos = caminosArbol . arbol

-- λ> caminosArbol (arbol 6)

-- [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

caminosArbol :: Tree a -> [[a]]

caminosArbol (Node x []) = [[x]]

caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]

caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]

where yss = caminos x

m = minimum (map length yss)

Raíz entera

PorJosé A. Alonso 8-abril-20161-mayo-2016

Definir la función

   raizEnt :: Integer -> Integer -> Integer

1	raizEnt :: Integer -> Integer -> Integer

tal que (raizEnt x n) es la raíz entera n-ésima de x; es decir, el mayor número entero y tal que y^n <= x. Por ejemplo,

   raizEnt  8 3      ==  2
   raizEnt  9 3      ==  2
   raizEnt 26 3      ==  2
   raizEnt 27 3      ==  3
   raizEnt (10^50) 2 ==  10000000000000000000000000

raizEnt 8 3 == 2

raizEnt 9 3 == 2

raizEnt 26 3 == 2

raizEnt 27 3 == 3

raizEnt (10^50) 2 == 10000000000000000000000000

Comprobar con QuickCheck que para todo número natural n,

    raizEnt (10^(2*n)) 2 == 10^n

1	raizEnt (10^(2*n)) 2 == 10^n

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
raizEnt1 :: Integer -> Integer -> Integer
raizEnt1 x n =
    last (takeWhile (\y -> y^n <= x) [0..])

-- 2ª definición         
raizEnt2 :: Integer -> Integer -> Integer
raizEnt2 x n =
    floor ((fromIntegral x)**(1 / fromIntegral n))

-- Nota. La definición anterior falla para números grandes. Por ejemplo,
--    λ> raizEnt2 (10^50) 2 == 10^25
--    False
          
-- 3ª definición          
raizEnt3 :: Integer -> Integer -> Integer
raizEnt3 x n = aux (1,x)
    where aux (a,b) | d == x    = c
                    | c == a    = c
                    | d < x     = aux (c,b)
                    | otherwise = aux (a,c) 
              where c = (a+b) `div` 2
                    d = c^n

-- Comparación de eficiencia
--    λ> raizEnt1 (10^14) 2
--    10000000
--    (6.15 secs, 6,539,367,976 bytes)
--    λ> raizEnt2 (10^14) 2
--    10000000
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> raizEnt3 (10^14) 2
--    10000000
--    (0.00 secs, 25,871,944 bytes)
--    
--    λ> raizEnt2 (10^50) 2
--    9999999999999998758486016
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> raizEnt3 (10^50) 2
--    10000000000000000000000000
--    (0.00 secs, 0 bytes)
                        
-- La propiedad es                        
prop_raizEnt :: Integer -> Bool
prop_raizEnt n =
    raizEnt3 (10^(2*m)) 2 == 10^m
    where m = abs n

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

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

raizEnt1 :: Integer -> Integer -> Integer

raizEnt1 x n =

last (takeWhile (\y -> y^n <= x) [0..])

-- 2ª definición

raizEnt2 :: Integer -> Integer -> Integer

raizEnt2 x n =

floor ((fromIntegral x)**(1 / fromIntegral n))

-- Nota. La definición anterior falla para números grandes. Por ejemplo,

-- λ> raizEnt2 (10^50) 2 == 10^25

-- False

-- 3ª definición

raizEnt3 :: Integer -> Integer -> Integer

raizEnt3 x n = aux (1,x)

where aux (a,b) | d == x = c

| c == a = c

| d < x = aux (c,b)

| otherwise = aux (a,c)

where c = (a+b) `div` 2

d = c^n

-- Comparación de eficiencia

-- λ> raizEnt1 (10^14) 2

-- 10000000

-- (6.15 secs, 6,539,367,976 bytes)

-- λ> raizEnt2 (10^14) 2

-- 10000000

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> raizEnt3 (10^14) 2

-- 10000000

-- (0.00 secs, 25,871,944 bytes)

-- λ> raizEnt2 (10^50) 2

-- 9999999999999998758486016

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> raizEnt3 (10^50) 2

-- 10000000000000000000000000

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- La propiedad es

prop_raizEnt :: Integer -> Bool

prop_raizEnt n =

raizEnt3 (10^(2*m)) 2 == 10^m

where m = abs n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_raizEnt

-- +++ OK, passed 100 tests.

Soluciones en Maxima

raizEnt (x,n) := inrt (x,n)$

1	raizEnt (x,n) := inrt (x,n)$

Primo suma de dos cuadrados

PorJosé A. Alonso 14-marzo-20161-abril-2016

Definir la sucesión

   primosSumaDe2Cuadrados :: [Integer]

1	primosSumaDe2Cuadrados :: [Integer]

cuyos elementos son los números primos que se pueden escribir como sumas de dos cuadrados. Por ejemplo,

   λ> take 20 primosSumaDe2Cuadrados
   [2,5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181]
   λ> primosSumaDe2Cuadrados !! (2*10^5)
   5803241

λ> take 20 primosSumaDe2Cuadrados

[2,5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181]

λ> primosSumaDe2Cuadrados !! (2*10^5)

5803241

En el ejemplo anterior,

13 está en la sucesión porque es primo y 13 = 2²+3².
11 no está en la sucesión porque no se puede escribir como suma de dos cuadrados (en efecto, 11-1=10, 11-2²=7 y 11-3²=2 no son cuadrados).
20 no está en la sucesión porque, aunque es suma de dos cuadrados (20=4²+2²), no es primo.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución
-- ===========

primosSumaDe2Cuadrados1 :: [Integer]
primosSumaDe2Cuadrados1 =
    [n | n <- primes,
         esSumaDe2Cuadrados n]

esSumaDe2Cuadrados :: Integer -> Bool
esSumaDe2Cuadrados n = not (null (sumas2cuadrados n))

sumas2cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer)]
sumas2cuadrados n = 
    [(x,y) | x <- [1..ceiling (sqrt (fromIntegral n))],
             let z = n - x^2,
             esCuadrado z, 
             let y = raiz z,
             x <= y]
             
-- (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 solución
-- ===========

primosSumaDe2Cuadrados2 :: [Integer]
primosSumaDe2Cuadrados2 =
    2 : [n | n <- primes,
             n `mod` 4 == 1]

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

--    λ> primosSumaDe2Cuadrados1 !! (2*10^3)
--    38153
--    (3.03 secs, 568,239,744 bytes)
--    λ> primosSumaDe2Cuadrados2 !! (2*10^3)
--    38153
--    (0.05 secs, 20,017,912 bytes)

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución

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

primosSumaDe2Cuadrados1 :: [Integer]

primosSumaDe2Cuadrados1 =

[n | n <- primes,

esSumaDe2Cuadrados n]

esSumaDe2Cuadrados :: Integer -> Bool

esSumaDe2Cuadrados n = not (null (sumas2cuadrados n))

sumas2cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer)]

sumas2cuadrados n =

[(x,y) | x <- [1..ceiling (sqrt (fromIntegral n))],

let z = n - x^2,

esCuadrado z,

let y = raiz z,

x <= y]

-- (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 solución

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

primosSumaDe2Cuadrados2 :: [Integer]

primosSumaDe2Cuadrados2 =

2 : [n | n <- primes,

n `mod` 4 == 1]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> primosSumaDe2Cuadrados1 !! (2*10^3)

-- 38153

-- (3.03 secs, 568,239,744 bytes)

-- λ> primosSumaDe2Cuadrados2 !! (2*10^3)

-- 38153

-- (0.05 secs, 20,017,912 bytes)

Referencias

N.J.A. Sloane, Sucesión A002313 de la OEIS.
M. Bates, Primes of the form x² + ny²–
G. Xiao, Two squares.

Sumas de potencias de 3 primos

PorJosé A. Alonso 24-febrero-201625-marzo-2022

Los primeros números de la forma p²+q³+r⁴, con p, q y r primos son

   28 = 2² + 2³ + 2⁴
   33 = 3² + 2³ + 2⁴
   47 = 2² + 3³ + 2⁴
   49 = 5² + 2³ + 2⁴

28 = 2² + 2³ + 2⁴

33 = 3² + 2³ + 2⁴

47 = 2² + 3³ + 2⁴

49 = 5² + 2³ + 2⁴

Definir la sucesión

   sumas3potencias :: [Integer]

1	sumas3potencias :: [Integer]

cuyos elementos son los números que se pueden escribir de la forma p²+q³+r⁴, con p, q y r primos. Por ejemplo,

   λ> take 15 sumas3potencias
   [28,33,47,49,52,68,73,92,93,98,112,114,117,133,138]
   λ> sumas3potencias !! 234567
   8953761

λ> take 15 sumas3potencias

[28,33,47,49,52,68,73,92,93,98,112,114,117,133,138]

λ> sumas3potencias !! 234567

8953761

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución
-- ===========

sumas3potencias1 :: [Integer]
sumas3potencias1 = filter esTripleSuma [1..]
 
-- (esTripleSuma n) se verifica si n se puede escribir de la forma
-- p²+q³+r⁴, con p, q y r primos. Por ejemplo, 
--    esTripleSuma 33  ==  True
--    esTripleSuma 45  ==  False
esTripleSuma :: Integer -> Bool
esTripleSuma = not . null . triplesSumas  

-- (triplesSumas n) es la lista de las ternas de primos (p,q,r) tales
-- que p²+q³+r⁴ = n. Por ejemplo,
--    triplesSumas 33   ==  [(3,2,2)]
--    triplesSumas 145  ==  [(11,2,2),(2,5,2)]
--    triplesSumas 45   ==  []
triplesSumas :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer)]
triplesSumas n =  
    [(p,q,r) 
    | r <- xs, 
      q <- xs, 
      let p2 = n - q^3 - r^4,
      let p = (floor . sqrt . fromIntegral) p2,
      p*p == p2,
      isPrime p]
    where xs = takeWhile (< (ceiling $ sqrt $ fromIntegral n)) primes

-- 2ª solución
-- ===========

sumas3potencias2 :: [Integer]
sumas3potencias2 = sumaOrdenadaInf as (sumaOrdenadaInf bs cs)

sumaOrdenadaInf:: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]
sumaOrdenadaInf xs ys = mezclaTodas [map (+x) ys | x <- xs]

mezclaTodas :: Ord a => [[a]] -> [a]
mezclaTodas = foldr1 xmezcla
    where xmezcla (x:xs) ys = x : mezcla xs ys

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
 
as = map (^2) primes
bs = map (^3) primes
cs = map (^4) primes

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución

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

sumas3potencias1 :: [Integer]

sumas3potencias1 = filter esTripleSuma [1..]

-- (esTripleSuma n) se verifica si n se puede escribir de la forma

-- p²+q³+r⁴, con p, q y r primos. Por ejemplo,

-- esTripleSuma 33 == True

-- esTripleSuma 45 == False

esTripleSuma :: Integer -> Bool

esTripleSuma = not . null . triplesSumas

-- (triplesSumas n) es la lista de las ternas de primos (p,q,r) tales

-- que p²+q³+r⁴ = n. Por ejemplo,

-- triplesSumas 33 == [(3,2,2)]

-- triplesSumas 145 == [(11,2,2),(2,5,2)]

-- triplesSumas 45 == []

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

triplesSumas n =

[(p,q,r)

| r <- xs,

q <- xs,

let p2 = n - q^3 - r^4,

let p = (floor . sqrt . fromIntegral) p2,

p*p == p2,

isPrime p]

where xs = takeWhile (< (ceiling $ sqrt $ fromIntegral n)) primes

-- 2ª solución

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

sumas3potencias2 :: [Integer]

sumas3potencias2 = sumaOrdenadaInf as (sumaOrdenadaInf bs cs)

sumaOrdenadaInf:: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]

sumaOrdenadaInf xs ys = mezclaTodas [map (+x) ys | x <- xs]

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

mezclaTodas = foldr1 xmezcla

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

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

as = map (^2) primes

bs = map (^3) primes

cs = map (^4) primes

Año cúbico

PorJosé A. Alonso 14-diciembre-201525-marzo-2022

El año 2016 será un año cúbico porque se puede escribir como la suma de los cubos de 7 números consecutivos; en efecto,

   2016 = 3³+ 4³ +...+ 9³

1	2016 = 3³+ 4³ +...+ 9³

Definir la función

   esCubico :: Integer -> Bool

1	esCubico :: Integer -> Bool

tal que (esCubico x) se verifica si x se puede escribir como la suma de los cubos de 7 números consecutivos. Por ejemplo,

   esCubico 2016                ==  True
   esCubico 2017                ==  False
   esCubico 189005670081900441  ==  True
   esCubico 189005670081900442  ==  False

esCubico 2016 == True

esCubico 2017 == False

esCubico 189005670081900441 == True

esCubico 189005670081900442 == False

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

esCubico1 :: Integer -> Bool
esCubico1 x = pertenece x cubicos

-- cubicos es la lista de los números que se pueden escribir como la
-- suma de los cubos de 7 números consecutivos. Por ejemplo,
--    take 5 cubicos  ==  [784,1295,2016,2989,4256]
cubicos :: [Integer]
cubicos = [sum [x^3 | x <- [y..y+6]] | y <- [1..]]

-- (pertenece x ys) se verifica si x pertenece a la lista ordenada
-- ys. Por ejemplo,
--    pertenece 25 [0,3..]  ==  False
--    pertenece 27 [0,3..]  ==  True
pertenece :: Integer -> [Integer] ->  Bool
pertenece x ys = x == head (dropWhile (<x) ys)

-- 2ª definición
-- =============

esCubico2 :: Integer -> Bool
esCubico2 x = pertenece x (cubicosDesde k)
    where k = floor ((fromIntegral x/7)**(1/3))

cubicosDesde :: Integer -> [Integer]
cubicosDesde k = [sum [x^3 | x <- [y..y+6]] | y <- [k..]]

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

--    λ> esCubico1 189005670081900441
--    True
--    (7.49 secs, 1,917,868,024 bytes)
--    λ> esCubico2 189005670081900441
--    True
--    (0.01 secs, 0 bytes)

-- 1ª definición

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

esCubico1 :: Integer -> Bool

esCubico1 x = pertenece x cubicos

-- cubicos es la lista de los números que se pueden escribir como la

-- suma de los cubos de 7 números consecutivos. Por ejemplo,

-- take 5 cubicos == [784,1295,2016,2989,4256]

cubicos :: [Integer]

cubicos = [sum [x^3 | x <- [y..y+6]] | y <- [1..]]

-- (pertenece x ys) se verifica si x pertenece a la lista ordenada

-- ys. Por ejemplo,

-- pertenece 25 [0,3..] == False

-- pertenece 27 [0,3..] == True

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool

pertenece x ys = x == head (dropWhile (<x) ys)

-- 2ª definición

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

esCubico2 :: Integer -> Bool

esCubico2 x = pertenece x (cubicosDesde k)

where k = floor ((fromIntegral x/7)**(1/3))

cubicosDesde :: Integer -> [Integer]

cubicosDesde k = [sum [x^3 | x <- [y..y+6]] | y <- [k..]]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> esCubico1 189005670081900441

-- True

-- (7.49 secs, 1,917,868,024 bytes)

-- λ> esCubico2 189005670081900441

-- True

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Raíces enteras de los números primos

PorJosé A. Alonso 2-diciembre-20151-mayo-2016

Definir la sucesión

   raicesEnterasDePrimos :: [Integer]

1	raicesEnterasDePrimos :: [Integer]

cuyos elementos son las partes enteras de las raíces cuadradas de los números primos. Por ejemplo,

   λ> take 30 raicesEnterasDePrimos
   [1,1,2,2,3,3,4,4,4,5,5,6,6,6,6,7,7,7,8,8,8,8,9,9,9,10,10,10,10,10]
   λ> raicesEnterasDePrimos !!  9963
   322
   λ> raicesEnterasDePrimos !!  9964
   323

λ> take 30 raicesEnterasDePrimos

[1,1,2,2,3,3,4,4,4,5,5,6,6,6,6,7,7,7,8,8,8,8,9,9,9,10,10,10,10,10]

λ> raicesEnterasDePrimos !! 9963

322

λ> raicesEnterasDePrimos !! 9964

323

Comprobar con QuickCheck que la diferencia entre dos términos consecutivos de la sucesión es como máximo igual a 1.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

raicesEnterasDePrimos1 :: [Integer]
raicesEnterasDePrimos1 = map raizEntera primes

-- (raizEntera x) es la parte entera de la raíz cuadrada de x. Por
-- ejemplo,
--    raizEntera  8  ==  2
--    raizEntera  9  ==  3
--    raizEntera 10  ==  3
raizEntera :: Integer -> Integer
raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral 

-- 2ª solución
-- ===========

raicesEnterasDePrimos2 :: [Integer]
raicesEnterasDePrimos2 = map raizEntera2 primes

raizEntera2 :: Integer -> Integer
raizEntera2 n = aux 1
    where aux k | k*k > n   = k-1
                | otherwise = aux (k+1)

-- 3º solución
-- ===========

raicesEnterasDePrimos3 :: [Integer]
raicesEnterasDePrimos3 = aux primes [1..]
    where aux (p:ps) (x:xs) | p > x*x   = aux (p:ps) xs
                            | otherwise = (x-1) : aux ps (x:xs)


-- Comparación de eficiencia
--    ghci> raicesEnterasDePrimos1 !! 400000
--    2408
--    (2.86 secs, 1177922500 bytes)
--    ghci> raicesEnterasDePrimos2 !! 400000
--    2408
--    (3.08 secs, 1177432260 bytes)
--    ghci> raicesEnterasDePrimos3 !! 400000
--    2408
--    (3.88 secs, 1260772112 bytes)

-- En lo sucesivo usaremos la 1ª definición
raicesEnterasDePrimos :: [Integer]
raicesEnterasDePrimos = raicesEnterasDePrimos3

-- La propiedad es
prop_raicesEnterasDePrimos :: Int -> Property
prop_raicesEnterasDePrimos n =
    n >= 0 ==> 
    raicesEnterasDePrimos !! (n+1) - raicesEnterasDePrimos !! n <= 1

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

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

raicesEnterasDePrimos1 :: [Integer]

raicesEnterasDePrimos1 = map raizEntera primes

-- (raizEntera x) es la parte entera de la raíz cuadrada de x. Por

-- ejemplo,

-- raizEntera 8 == 2

-- raizEntera 9 == 3

-- raizEntera 10 == 3

raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

-- 2ª solución

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

raicesEnterasDePrimos2 :: [Integer]

raicesEnterasDePrimos2 = map raizEntera2 primes

raizEntera2 :: Integer -> Integer

raizEntera2 n = aux 1

where aux k | k*k > n = k-1

| otherwise = aux (k+1)

-- 3º solución

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

raicesEnterasDePrimos3 :: [Integer]

raicesEnterasDePrimos3 = aux primes [1..]

where aux (p:ps) (x:xs) | p > x*x = aux (p:ps) xs

| otherwise = (x-1) : aux ps (x:xs)

-- Comparación de eficiencia

-- ghci> raicesEnterasDePrimos1 !! 400000

-- 2408

-- (2.86 secs, 1177922500 bytes)

-- ghci> raicesEnterasDePrimos2 !! 400000

-- 2408

-- (3.08 secs, 1177432260 bytes)

-- ghci> raicesEnterasDePrimos3 !! 400000

-- 2408

-- (3.88 secs, 1260772112 bytes)

-- En lo sucesivo usaremos la 1ª definición

raicesEnterasDePrimos :: [Integer]

raicesEnterasDePrimos = raicesEnterasDePrimos3

-- La propiedad es

prop_raicesEnterasDePrimos :: Int -> Property

prop_raicesEnterasDePrimos n =

n >= 0 ==>

raicesEnterasDePrimos !! (n+1) - raicesEnterasDePrimos !! n <= 1

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_raicesEnterasDePrimos

-- +++ OK, passed 100 tests.

Números libres de cuadrados

PorJosé A. Alonso 3-noviembre-201525-abril-2021

Un número es libre de cuadrados si no es divisible el cuadrado de ningún entero mayor que 1. Por ejemplo, 70 es libre de cuadrado porque sólo es divisible por 1, 2, 5, 7 y 70; en cambio, 40 no es libre de cuadrados porque es divisible por 2².

Definir la función

   libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

1	libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

tal que (libreDeCuadrados x) se verifica si x es libre de cuadrados. Por ejemplo,

   libreDeCuadrados 70                 ==  True
   libreDeCuadrados 40                 ==  False
   libreDeCuadrados 510510             ==  True
   libreDeCuadrados (((10^10)^10)^10)  ==  False

libreDeCuadrados 70 == True

libreDeCuadrados 40 == False

libreDeCuadrados 510510 == True

libreDeCuadrados (((10^10)^10)^10) == False

Soluciones

-- 1ª definición:
libreDeCuadrados :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados x = x == product (divisoresPrimos x)

-- (divisoresPrimos x) es la lista de los divisores primos de x. Por
-- ejemplo,  
--    divisoresPrimos 40  ==  [2,5]
--    divisoresPrimos 70  ==  [2,5,7]
divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]
divisoresPrimos x = [n | n <- divisores x, primo n]

-- (divisores n) es la lista de los divisores del número n. 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]

-- (primo n) se verifica si n es primo. Por ejemplo,
--    primo 30  == False
--    primo 31  == True  
primo :: Integer -> Bool
primo n = divisores n == [1, n]

-- 2ª definición
libreDeCuadrados2 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados2 n = 
    null [x | x <- [2..n], rem n (x^2) == 0]

-- 3ª definición
libreDeCuadrados3 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados3 n = 
    null [x | x <- [2..floor (sqrt (fromIntegral n))], 
              rem n (x^2) == 0]

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

--    λ> libreDeCuadrados 510510
--    True
--    (0.76 secs, 89,522,360 bytes)
--    λ> libreDeCuadrados2 510510
--    True
--    (1.78 secs, 371,826,320 bytes)
--    λ> libreDeCuadrados3 510510
--    True
--    (0.01 secs, 0 bytes)

-- 1ª definición:

libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados x = x == product (divisoresPrimos x)

-- (divisoresPrimos x) es la lista de los divisores primos de x. Por

-- ejemplo,

-- divisoresPrimos 40 == [2,5]

-- divisoresPrimos 70 == [2,5,7]

divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]

divisoresPrimos x = [n | n <- divisores x, primo n]

-- (divisores n) es la lista de los divisores del número n. 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]

-- (primo n) se verifica si n es primo. Por ejemplo,

-- primo 30 == False

-- primo 31 == True

primo :: Integer -> Bool

primo n = divisores n == [1, n]

-- 2ª definición

libreDeCuadrados2 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados2 n =

null [x | x <- [2..n], rem n (x^2) == 0]

-- 3ª definición

libreDeCuadrados3 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados3 n =

null [x | x <- [2..floor (sqrt (fromIntegral n))],

rem n (x^2) == 0]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> libreDeCuadrados 510510

-- True

-- (0.76 secs, 89,522,360 bytes)

-- λ> libreDeCuadrados2 510510

-- True

-- (1.78 secs, 371,826,320 bytes)

-- λ> libreDeCuadrados3 510510

-- True

-- (0.01 secs, 0 bytes)

Perímetro más frecuente de triángulos rectángulos

PorJosé A. Alonso 7-abril-20151-mayo-2015

El grado perimetral de un número p es la cantidad de tres triángulos rectángulos de lados enteros cuyo perímetro es p. Por ejemplo, el grado perimetral de 120 es 3 ya que sólo hay 3 triángulos rectángulos de lados enteros cuyo perímetro es 120: {20,48,52}, {24,45,51} y {30,40,50}.

Definir la función

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

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

tal que (maxGradoPerimetral n) es el par (m,ps) tal que m es el máximo grado perimetral de los números menores o iguales que n y ps son los perímetros, menores o iguales que n, cuyo grado perimetral es m. Por ejemplo,

   maxGradoPerimetral   50  ==  (1,[12,24,30,36,40,48])
   maxGradoPerimetral  100  ==  (2,[60,84,90])
   maxGradoPerimetral  200  ==  (3,[120,168,180])
   maxGradoPerimetral  400  ==  (4,[240,360])
   maxGradoPerimetral  500  ==  (5,[420])
   maxGradoPerimetral  750  ==  (6,[720])
   maxGradoPerimetral  839  ==  (6,[720])
   maxGradoPerimetral  840  ==  (8,[840])
   maxGradoPerimetral 1500  ==  (8,[840,1260])
   maxGradoPerimetral 2000  ==  (10,[1680])
   maxGradoPerimetral 3000  ==  (12,[2520])

maxGradoPerimetral 50 == (1,[12,24,30,36,40,48])

maxGradoPerimetral 100 == (2,[60,84,90])

maxGradoPerimetral 200 == (3,[120,168,180])

maxGradoPerimetral 400 == (4,[240,360])

maxGradoPerimetral 500 == (5,[420])

maxGradoPerimetral 750 == (6,[720])

maxGradoPerimetral 839 == (6,[720])

maxGradoPerimetral 840 == (8,[840])

maxGradoPerimetral 1500 == (8,[840,1260])

maxGradoPerimetral 2000 == (10,[1680])

maxGradoPerimetral 3000 == (12,[2520])

Soluciones

import Data.List
import Data.Array (accumArray, assocs)

-- 1ª solución                                                      --
-- ===========

maxGradoPerimetral1 :: Int -> (Int,[Int])
maxGradoPerimetral1 p = (m,[x | (n,x) <- ts, n == m])
    where ts    = [(length (triangulos x),x) | x <- [1..p]] 
          (m,_) = maximum ts 

-- (triangulos p) es el conjunto de triángulos rectángulos de perímetro
-- p. Por ejemplo,
--    triangulos 120  ==  [(20,48,52),(24,45,51),(30,40,50)]
triangulos :: Int -> [(Int,Int,Int)]
triangulos p = 
    [(a,b,c) | a <- [1..q],
               b <- [a..q],
               let c = p-a-b,
               a*a+b*b == c*c]
    where q = p `div` 2

-- 2ª solución                                                      --
-- ===========

maxGradoPerimetral2 :: Int -> (Int,[Int])
maxGradoPerimetral2 p = (m,[x | (n,x) <- ts, n == m])
    where ts    = [(n,x) | (x,n) <- numeroPerimetrosTriangulos p, n > 0]
          (m,_) = maximum ts 

-- (numeroPerimetrosTriangulos p) es la lista formado por los números de
-- 1 a p y la cantidad de triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro
-- es dicho número. Por ejemplo,
--    ghci>  [(p,n) | (p,n) <- numeroPerimetrosTriangulos 70, n > 0]
--    [(12,1),(24,1),(30,1),(36,1),(40,1),(48,1),(56,1),(60,2),(70,1)]
numeroPerimetrosTriangulos :: Int -> [(Int,Int)] 
numeroPerimetrosTriangulos p = 
    assocs (accumArray (\x _ -> 1+x) 0 (1,p) (perimetrosTriangulos p))

-- (perimetrosTriangulos p) es la lista formada por los perímetros y los
-- lados de los triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro es menor o
-- igual que p. Por ejemplo,
--    ghci> perimetrosTriangulos 70
--    [(12,(3,4,5)),   (30,(5,12,13)),(24,(6,8,10)),  (56,(7,24,25)),
--     (40,(8,15,17)), (36,(9,12,15)),(60,(10,24,26)),(48,(12,16,20)),
--     (60,(15,20,25)),(70,(20,21,29))]
perimetrosTriangulos :: Int -> [(Int,(Int,Int,Int))]
perimetrosTriangulos p =
    [(q,(a,b,c)) | a <- [1..p1],
                   b <- [a..p1],
                   esCuadrado (a*a+b*b), 
                   let c = raizCuadradaE (a*a+b*b), 
                   let q = a+b+c,
                   q <= p]
    where p1 = p `div` 2

-- (esCuadrado n) se verifica si n es un cuadrado. Por ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 27  ==  False
esCuadrado :: Int -> Bool
esCuadrado n = a*a == n
    where a = raizCuadradaE n

-- (raizCuadradaE n) es la raíz cuadrada entera de n. Por ejemplo,
--    raizCuadradaE 25  ==  5
--    raizCuadradaE 27  ==  5
--    raizCuadradaE 35  ==  5
--    raizCuadradaE 36  ==  6
raizCuadradaE :: Int -> Int
raizCuadradaE = floor . sqrt . fromIntegral

-- 3ª solución                                                      --
-- ===========

maxGradoPerimetral3 :: Int -> (Int,[Int])
maxGradoPerimetral3 p = (m,[x | (n,x) <- ts, n == m])
    where ts    = [(n,x) | (x,n) <- numeroPerimetrosTriangulos2 p, n > 0]
          (m,_) = maximum ts 

-- (numeroPerimetrosTriangulos2 p) es la lista formado por los números de
-- 1 a p y la cantidad de triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro
-- es dicho número. Por ejemplo,
--    ghci>  [(p,n) | (p,n) <- numeroPerimetrosTriangulos2 70, n > 0]
--    [(12,1),(24,1),(30,1),(36,1),(40,1),(48,1),(56,1),(60,2),(70,1)]
numeroPerimetrosTriangulos2 :: Int -> [(Int,Int)] 
numeroPerimetrosTriangulos2 p = 
    [(head xs, length xs) | xs <- group (sort (perimetrosTriangulos2 p))]

-- (perimetrosTriangulos2 p) es la lista formada por los perímetros de
-- los triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro es menor o igual
-- que p. Por ejemplo, 
--    perimetrosTriangulos2 70  ==  [12,30,24,56,40,36,60,48,60,70]
perimetrosTriangulos2 :: Int -> [Int]
perimetrosTriangulos2 p =
    [q | a <- [1..p1],
         b <- [a..p1],
         esCuadrado (a*a+b*b), 
         let c = raizCuadradaE (a*a+b*b), 
         let q = a+b+c,
         q <= p]
    where p1 = p `div` 2

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

-- La comparación es
--    ghci> maxGradoPerimetral1 1000
--    (8,[840])
--    (120.08 secs, 21116625136 bytes)
--    ghci> maxGradoPerimetral2 1000
--    (8,[840])
--    (0.66 secs, 132959056 bytes)
--    ghci> maxGradoPerimetral3 1000
--    (1000,[1])
--    (0.66 secs, 133443816 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

import Data.List

import Data.Array (accumArray, assocs)

-- 1ª solución --

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

maxGradoPerimetral1 :: Int -> (Int,[Int])

maxGradoPerimetral1 p = (m,[x | (n,x) <- ts, n == m])

where ts = [(length (triangulos x),x) | x <- [1..p]]

(m,_) = maximum ts

-- (triangulos p) es el conjunto de triángulos rectángulos de perímetro

-- p. Por ejemplo,

-- triangulos 120 == [(20,48,52),(24,45,51),(30,40,50)]

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

triangulos p =

[(a,b,c) | a <- [1..q],

b <- [a..q],

let c = p-a-b,

a*a+b*b == c*c]

where q = p `div` 2

-- 2ª solución --

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

maxGradoPerimetral2 :: Int -> (Int,[Int])

maxGradoPerimetral2 p = (m,[x | (n,x) <- ts, n == m])

where ts = [(n,x) | (x,n) <- numeroPerimetrosTriangulos p, n > 0]

(m,_) = maximum ts

-- (numeroPerimetrosTriangulos p) es la lista formado por los números de

-- 1 a p y la cantidad de triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro

-- es dicho número. Por ejemplo,

-- ghci> [(p,n) | (p,n) <- numeroPerimetrosTriangulos 70, n > 0]

-- [(12,1),(24,1),(30,1),(36,1),(40,1),(48,1),(56,1),(60,2),(70,1)]

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

numeroPerimetrosTriangulos p =

assocs (accumArray (\x _ -> 1+x) 0 (1,p) (perimetrosTriangulos p))

-- (perimetrosTriangulos p) es la lista formada por los perímetros y los

-- lados de los triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro es menor o

-- igual que p. Por ejemplo,

-- ghci> perimetrosTriangulos 70

-- [(12,(3,4,5)), (30,(5,12,13)),(24,(6,8,10)), (56,(7,24,25)),

-- (40,(8,15,17)), (36,(9,12,15)),(60,(10,24,26)),(48,(12,16,20)),

-- (60,(15,20,25)),(70,(20,21,29))]

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

perimetrosTriangulos p =

[(q,(a,b,c)) | a <- [1..p1],

b <- [a..p1],

esCuadrado (a*a+b*b),

let c = raizCuadradaE (a*a+b*b),

let q = a+b+c,

q <= p]

where p1 = p `div` 2

-- (esCuadrado n) se verifica si n es un cuadrado. Por ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 27 == False

esCuadrado :: Int -> Bool

esCuadrado n = a*a == n

where a = raizCuadradaE n

-- (raizCuadradaE n) es la raíz cuadrada entera de n. Por ejemplo,

-- raizCuadradaE 25 == 5

-- raizCuadradaE 27 == 5

-- raizCuadradaE 35 == 5

-- raizCuadradaE 36 == 6

raizCuadradaE :: Int -> Int

raizCuadradaE = floor . sqrt . fromIntegral

-- 3ª solución --

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

maxGradoPerimetral3 :: Int -> (Int,[Int])

maxGradoPerimetral3 p = (m,[x | (n,x) <- ts, n == m])

where ts = [(n,x) | (x,n) <- numeroPerimetrosTriangulos2 p, n > 0]

(m,_) = maximum ts

-- (numeroPerimetrosTriangulos2 p) es la lista formado por los números de

-- 1 a p y la cantidad de triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro

-- es dicho número. Por ejemplo,

-- ghci> [(p,n) | (p,n) <- numeroPerimetrosTriangulos2 70, n > 0]

-- [(12,1),(24,1),(30,1),(36,1),(40,1),(48,1),(56,1),(60,2),(70,1)]

numeroPerimetrosTriangulos2 :: Int -> [(Int,Int)]

numeroPerimetrosTriangulos2 p =

[(head xs, length xs) | xs <- group (sort (perimetrosTriangulos2 p))]

-- (perimetrosTriangulos2 p) es la lista formada por los perímetros de

-- los triángulos rectángulos enteros cuyo perímetro es menor o igual

-- que p. Por ejemplo,

-- perimetrosTriangulos2 70 == [12,30,24,56,40,36,60,48,60,70]

perimetrosTriangulos2 :: Int -> [Int]

perimetrosTriangulos2 p =

[q | a <- [1..p1],

b <- [a..p1],

esCuadrado (a*a+b*b),

let c = raizCuadradaE (a*a+b*b),

let q = a+b+c,

q <= p]

where p1 = p `div` 2

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- ghci> maxGradoPerimetral1 1000

-- (8,[840])

-- (120.08 secs, 21116625136 bytes)

-- ghci> maxGradoPerimetral2 1000

-- (8,[840])

-- (0.66 secs, 132959056 bytes)

-- ghci> maxGradoPerimetral3 1000

-- (1000,[1])

-- (0.66 secs, 133443816 bytes)

2015 como raíz cuadrada de la suma de tres cubos

PorJosé A. Alonso 19-diciembre-20141-mayo-2016

Todos los años, en las proximidades del final de año suelen aparecer cuestiones con propiedades del número del nuevo año. Una sobre el 2015 es la publicada el martes en la entrada 2015 como raíz de la suma de tres cubos del blog Números y algo más en la que se pide calcular tres números tales que 2015 sea igual a la raíz cuadrada de la suma de dichos tres números.

A partir de dicha entrada, se propone el siguiente problema: Definir la sucesión

   raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos :: [Integer]

1	raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos :: [Integer]

cuyos elementos son los números que se pueden escribir como raíces cuadradas de sumas de tres cubos. Por ejemplo,

   take 9 raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos = [6,9,15,27,48,72,53,59,78]

1	take 9 raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos = [6,9,15,27,48,72,53,59,78]

El 6 está en la sucesión porque 1³+2³+3³ = 36 y la raíz cuadrada de36 es 6 y el 9 está porque 3³+3³+3³ = 81 y la raíz cuadrada de 81 es 9. Algunos números tienen varias descomposiones como raíz cuadrada de suma de tres cubos; por ejemplo, el 71 se puede escribir como la raíz cuadrada de la suma de los cubos de 6, 9 y 16 y también como la de 4, 4, y 17.

A partir de la sucesión se plantean las siguientes cuestiones:

¿Qué lugar ocupa el 2015 en la sucesión?
¿Cuál será el próximo año que se podrá escribir como la raíz cuadrada de suma de tres cubos?
¿Cuáles son las descomposiciones de 2015 como raíz cuadrada de suma de tres cubos?
¿Cuáles son los años hasta el 2015 que se pueden escribir como raíz cuadrada de suma de tres cubos de más formas distintas?

Soluciones

import Data.List (sort)

raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos :: [Integer]
raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos =
    [n | n <- [1..], not (null (descomposiciones n))]

-- (descomposiciones n) es la lista de ternas de números tales que n es la
-- raíz cuadrada de la suma de los cubos de los tres números de la
-- terna. Por ejemplo,
--    descomposiciones  6  ==  [(1,2,3)]
--    descomposiciones  9  ==  [(3,3,3)]
--    descomposiciones 71  ==  [(6,9,16),(4,4,17)]
descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer)]
descomposiciones n = 
    [(a,b,c) | c <- [1..floor ((fromIntegral (n*n))**(1/3))],
               b <- [1..c],
               let d = n^2 - c^3 - b^3,
               d > 0,
               let a = round ((fromIntegral d)**(1/3)),
               a <= b,
               a^3 == d]    

-- El cálculo de la posición de 2015 es
--    ghci> length (takeWhile (<=2015) raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos)
--    343

-- El cálculo del próximo año expresable como la raízcuadrada de la suma
-- de tres cubos es
--    ghci> head (dropWhile (<=2015) raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos)
--    2022

-- (masDescomponibles xs) es la lista de elementos de xs que se pueden
-- escribir de más formas como raíz cuadrada de suma de tres cubos.
masDescomponibles :: [Integer] -> [Integer]
masDescomponibles xs =
    [y | (x,y) <- takeWhile (\p -> fst p == u) zs]
    where zs = reverse (sort [(length (descomposiciones x),x) | x <- xs])
          u  = fst (head zs)

-- El cálculo de los años hasta el 2015 con mayor número de
-- descomposiciones es
--    ghci> masDescomponibles (takeWhile (<=2015) raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos)
--    [1728]

import Data.List (sort)

raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos :: [Integer]

raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos =

[n | n <- [1..], not (null (descomposiciones n))]

-- (descomposiciones n) es la lista de ternas de números tales que n es la

-- raíz cuadrada de la suma de los cubos de los tres números de la

-- terna. Por ejemplo,

-- descomposiciones 6 == [(1,2,3)]

-- descomposiciones 9 == [(3,3,3)]

-- descomposiciones 71 == [(6,9,16),(4,4,17)]

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

descomposiciones n =

[(a,b,c) | c <- [1..floor ((fromIntegral (n*n))**(1/3))],

b <- [1..c],

let d = n^2 - c^3 - b^3,

d > 0,

let a = round ((fromIntegral d)**(1/3)),

a <= b,

a^3 == d]

-- El cálculo de la posición de 2015 es

-- ghci> length (takeWhile (<=2015) raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos)

-- 343

-- El cálculo del próximo año expresable como la raízcuadrada de la suma

-- de tres cubos es

-- ghci> head (dropWhile (<=2015) raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos)

-- 2022

-- (masDescomponibles xs) es la lista de elementos de xs que se pueden

-- escribir de más formas como raíz cuadrada de suma de tres cubos.

masDescomponibles :: [Integer] -> [Integer]

masDescomponibles xs =

[y | (x,y) <- takeWhile (\p -> fst p == u) zs]

where zs = reverse (sort [(length (descomposiciones x),x) | x <- xs])

u = fst (head zs)

-- El cálculo de los años hasta el 2015 con mayor número de

-- descomposiciones es

-- ghci> masDescomponibles (takeWhile (<=2015) raicesCuadradasDeSumasDe3Cubos)

-- [1728]

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