fromIntegral

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

Medias de dígitos de pi

PorJosé A. Alonso 5-febrero-201925-abril-2021

El fichero Digitos_de_pi.txt contiene el número pi con un millón de decimales; es decir,

   3.1415926535897932384626433832 ... 83996346460422090106105779458151

1	3.1415926535897932384626433832 ... 83996346460422090106105779458151

Definir las funciones

   mediasDigitosDePi        :: IO [Double]
   graficaMediasDigitosDePi :: Int -> IO ()

1 2	mediasDigitosDePi :: IO [Double] graficaMediasDigitosDePi :: Int -> IO ()

tales que

mediasDigitosDePi es la sucesión cuyo n-ésimo elemento es la media de los n primeros dígitos de pi. Por ejemplo,

     λ> xs <- mediasDigitosDePi
     λ> take 5 xs
     [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0]
     λ> take 10 xs
     [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]
     λ> take 10 <$> mediasDigitosDePi
     [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]

λ> xs <- mediasDigitosDePi

λ> take 5 xs

[1.0,2.5,2.0,2.75,4.0]

λ> take 10 xs

[1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]

λ> take 10 <$> mediasDigitosDePi

[1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]

(graficaMediasDigitosDePi n) dibuja la gráfica de los n primeros términos de mediasDigitosDePi. Por ejemplo,
- (graficaMediasDigitosDePi 20) dibuja
- (graficaMediasDigitosDePi 200) dibuja
- (graficaMediasDigitosDePi 2000) dibuja

Soluciones

import Data.Char (digitToInt)
import Data.List (genericLength, inits, tails)
import Graphics.Gnuplot.Simple ( Attribute (Key, PNG)
                               , plotList )

-- Definición de mediasDigitosDePi
-- ===============================

mediasDigitosDePi :: IO [Double]
mediasDigitosDePi = do
  (_:_:ds) <- readFile "Digitos_de_pi.txt"
  return (medias (digitos ds))

-- (digitos cs) es la lista de los digitos de cs. Por ejempplo,
--    digitos "1415926535"  ==  [1,4,1,5,9,2,6,5,3,5]
digitos :: String -> [Int]
digitos = map digitToInt

-- (medias xs) es la lista de las medias de los segmentos iniciales de
-- xs. Por ejemplo,
--    λ> medias [1,4,1,5,9,2,6,5,3,5]
--    [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]
medias :: [Int] -> [Double]
medias xs = map media (tail (inits xs))

-- (media xs) es la media aritmética de xs. Por ejemplo,
--    media [1,4,1,5,9]  ==  4.0
media :: [Int] -> Double
media xs = fromIntegral (sum xs) / genericLength xs

-- Definición de graficaMediasDigitosDePi
-- ======================================

graficaMediasDigitosDePi :: Int -> IO ()
graficaMediasDigitosDePi n = do
  xs <- mediasDigitosDePi
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("Medias_de_digitos_de_pi_" ++ show n ++ ".png")
           ]
           (take n xs)

import Data.Char (digitToInt)

import Data.List (genericLength, inits, tails)

import Graphics.Gnuplot.Simple ( Attribute (Key, PNG)

, plotList )

-- Definición de mediasDigitosDePi

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

mediasDigitosDePi :: IO [Double]

mediasDigitosDePi = do

(_:_:ds) <- readFile "Digitos_de_pi.txt"

return (medias (digitos ds))

-- (digitos cs) es la lista de los digitos de cs. Por ejempplo,

-- digitos "1415926535" == [1,4,1,5,9,2,6,5,3,5]

digitos :: String -> [Int]

digitos = map digitToInt

-- (medias xs) es la lista de las medias de los segmentos iniciales de

-- xs. Por ejemplo,

-- λ> medias [1,4,1,5,9,2,6,5,3,5]

-- [1.0,2.5,2.0,2.75,4.0,3.6666666666666665,4.0,4.125,4.0,4.1]

medias :: [Int] -> [Double]

medias xs = map media (tail (inits xs))

-- (media xs) es la media aritmética de xs. Por ejemplo,

-- media [1,4,1,5,9] == 4.0

media :: [Int] -> Double

media xs = fromIntegral (sum xs) / genericLength xs

-- Definición de graficaMediasDigitosDePi

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

graficaMediasDigitosDePi :: Int -> IO ()

graficaMediasDigitosDePi n = do

xs <- mediasDigitosDePi

plotList [ Key Nothing

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

]

(take n xs)

Pensamiento

Es el mejor de los buenos
quien sabe que en esta vida
todo es cuestión de medida:
un poco más, algo menos.

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

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]

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

Aproximación entre pi y e

PorJosé A. Alonso 7-diciembre-201817-enero-2019

El día 11 de noviembre, se publicó en la cuenta de Twitter de Fermat’s Library la siguiente curiosa identidad que relaciona los números e y pi:

Definir las siguientes funciones:

   sumaTerminos :: Int -> Double
   aproximacion :: Double -> Int

1 2	sumaTerminos :: Int -> Double aproximacion :: Double -> Int

tales que

(sumaTerminos n) es la suma de los primeros n términos de la serie 1/(π²+ 1) + 1/(4π²+1) + 1/(9π²+1) + 1/(16π²+ ) + … Por ejemplo,

     sumaTerminos 10     ==  0.14687821811081034
     sumaTerminos 100    ==  0.15550948345688423
     sumaTerminos 1000   ==  0.15641637221314514
     sumaTerminos 10000  ==  0.15650751113789382

sumaTerminos 10 == 0.14687821811081034

sumaTerminos 100 == 0.15550948345688423

sumaTerminos 1000 == 0.15641637221314514

sumaTerminos 10000 == 0.15650751113789382

(aproximación x) es el menor número de términos que hay que sumar de la serie anterior para que se diferencie (en valor absoluto) de 1/(e²-1) menos que x. Por ejemplo,

     aproximacion 0.1     ==  1
     aproximacion 0.01    ==  10
     aproximacion 0.001   ==  101
     aproximacion 0.0001  ==  1013

aproximacion 0.1 == 1

aproximacion 0.01 == 10

aproximacion 0.001 == 101

aproximacion 0.0001 == 1013

Soluciones

-- 1ª definición de sumaTerminos
sumaTerminos :: Int -> Double
sumaTerminos n =
  sum [1 / (((x ^ 2) * (pi ^ 2)) + 1) | x <- [1 .. fromIntegral n]]

-- 2ª definición de sumaTerminos
sumaTerminos2 :: Int -> Double
sumaTerminos2 0 = 0
sumaTerminos2 n = 1 / (m^2 * pi^2 + 1) + sumaTerminos2 (n-1)
  where m = fromIntegral n

-- Definición de aproximacion
aproximacion :: Double -> Int
aproximacion x =
  head [n | n <- [0..]
          , abs (sumaTerminos n - 1 / (e^2 - 1)) < x]
  where e = exp 1

-- 1ª definición de sumaTerminos

sumaTerminos :: Int -> Double

sumaTerminos n =

sum [1 / (((x ^ 2) * (pi ^ 2)) + 1) | x <- [1 .. fromIntegral n]]

-- 2ª definición de sumaTerminos

sumaTerminos2 :: Int -> Double

sumaTerminos2 0 = 0

sumaTerminos2 n = 1 / (m^2 * pi^2 + 1) + sumaTerminos2 (n-1)

where m = fromIntegral n

-- Definición de aproximacion

aproximacion :: Double -> Int

aproximacion x =

head [n | n <- [0..]

, abs (sumaTerminos n - 1 / (e^2 - 1)) < x]

where e = exp 1

Pensamiento

«Sólo sé que no se nada» contenía la jactancia de un excesivo saber, puesto que olvidó añadir: y aun de esto mismo no estoy completamente seguro.

Antonio Machado

Ternas euclídeas

Soluciones

Pensamiento

Medias de dígitos de pi

Soluciones

Pensamiento

Dígitos en las posiciones pares de cuadrados

Soluciones

Pensamiento

El teorema de Navidad de Fermat

Soluciones

Pensamiento

Aproximación entre pi y e

Soluciones

Pensamiento

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