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Etiqueta: Gráficas

La sucesión de Sylvester

José A. Alonso, ,

La sucesión de Sylvester es la sucesión que comienza en 2 y sus restantes términos se obtienen multiplicando los anteriores y sumándole 1.

Definir las funciones

   sylvester        :: Integer -> Integer
   graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()

tales que

  • (sylvester n) es el n-ésimo término de la sucesión de Sylvester. Por ejemplo,
     λ> [sylvester n | n <- [0..7]]
     [2,3,7,43,1807,3263443,10650056950807,113423713055421844361000443]
     λ> length (show (sylvester 25))
     6830085
  • (graficaSylvester d n) dibuja la gráfica de los d últimos dígitos de los n primeros términos de la sucesión de Sylvester. Por ejemplo,
    • (graficaSylvester 3 30) dibuja
      La_sucesion_de_Sylvester_(3,30)
    • (graficaSylvester 4 30) dibuja
      La_sucesion_de_Sylvester_(4,30)
    • (graficaSylvester 5 30) dibuja
      La_sucesion_de_Sylvester_(5,30)

Soluciones

import Data.List               (genericIndex)
import Data.Array              ((!), array)
import Graphics.Gnuplot.Simple (plotList, Attribute (Key, PNG))
 
-- 1ª solución (por recursión)
-- ===========================
 
sylvester1 :: Integer -> Integer
sylvester1 0 = 2
sylvester1 n = 1 + product [sylvester1 k | k <- [0..n-1]]
 
-- 2ª solución (con programación dinámica)
-- =======================================
 
sylvester2 :: Integer -> Integer
sylvester2 n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 2
  f m = 1 + product [v!k | k <- [0..m-1]]
 
-- 3ª solución
-- ===========
 
sylvester3 :: Integer -> Integer
sylvester3 0 = 2
sylvester3 n = 1 + x^2 - x
  where x = sylvester3 (n-1)
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
sylvester4 :: Integer -> Integer
sylvester4 n = v ! n where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f 0 = 2
  f m = 1 + x^2 - x
    where x = v ! (m-1)
 
-- 4ª solución
-- ===========
 
sylvester5 :: Integer -> Integer
sylvester5 0 = 2
sylvester5 n = 1 + (productosSylvester `genericIndex` (n-1))
 
sucSylvester5 :: [Integer]
sucSylvester5 = map sylvester5 [0..]
 
productosSylvester :: [Integer]
productosSylvester = scanl1 (*) sucSylvester5
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> length (show (sylvester1 20))
--    213441
--    (3.40 secs, 519,249,840 bytes)
--    λ> length (show (sylvester2 20))
--    213441
--    (0.10 secs, 13,716,024 bytes)
--    λ> length (show (sylvester3 20))
--    213441
--    (0.16 secs, 13,646,472 bytes)
--    λ> length (show (sylvester4 20))
--    213441
--    (0.18 secs, 13,654,064 bytes)
--    λ> length (show (sylvester5 20))
--    213441
--    (0.12 secs, 13,497,192 bytes)
 
graficaSylvester :: Integer -> Integer -> IO ()
graficaSylvester d n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("La_sucesion_de_Sylvester_" ++ show (d,n) ++ ".png")
           ]
           [sylvester5 k `mod` (10^d) | k <- [0..n]]
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La conjetura de Levy

José A. Alonso, ,

Hyman Levy observó que

    7 = 3 + 2 x 2
    9 = 3 + 2 x 3 =  5 + 2 x 2
   11 = 5 + 2 x 3 =  7 + 2 x 2
   13 = 3 + 2 x 5 =  7 + 2 x 3
   15 = 3 + 2 x 5 = 11 + 2 x 2
   17 = 3 + 2 x 7 =  7 + 2 x 5 = 11 + 2 x 3 = 13 + 2 x 2
   19 = 5 + 2 x 7 = 13 + 2 x 3

y conjeturó que todos los número impares mayores o iguales que 7 se pueden escribir como la suma de un primo y el doble de un primo. El objetivo de los siguientes ejercicios es comprobar la conjetura de Levy.

Definir las siguientes funciones

   descomposicionesLevy :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   graficaLevy          :: Integer -> IO ()

tales que

  • (descomposicionesLevy x) es la lista de pares de primos (p,q) tales que x = p + 2q. Por ejemplo,
     descomposicionesLevy  7  ==  [(3,2)]
     descomposicionesLevy  9  ==  [(3,3),(5,2)]
     descomposicionesLevy 17  ==  [(3,7),(7,5),(11,3),(13,2)]
  • (graficaLevy n) dibuja los puntos (x,y) tales que x pertenece a [7,9..7+2x(n-1)] e y es el número de descomposiciones de Levy de x. Por ejemplo, (graficaLevy 200) dibuja
    La_conjetura_de_Levy-200

Comprobar con QuickCheck la conjetura de Levy.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Test.QuickCheck
import Graphics.Gnuplot.Simple
 
descomposicionesLevy :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposicionesLevy x =
  [(p,q) | p <- takeWhile (< x) (tail primes)
         , let q = (x - p) `div` 2
         , isPrime q]
 
-- graficaLevy 300
graficaLevy :: Integer -> IO ()
graficaLevy n =
  plotList [ Key Nothing
           , XRange (7,fromIntegral (7+2*(n-1)))
           , PNG ("La_conjetura_de_Levy-" ++ show n ++ ".png")
           ]
           [(x, length (descomposicionesLevy x)) | x <- [7,9..7+2*(n-1)]] 
 
-- La propiedad es
prop_Levy :: Integer -> Bool
prop_Levy x =
  not (null (descomposicionesLevy (7 + 2 * abs x)))
 
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_Levy
--    +++ OK, passed 100 tests.
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La función de Smarandache

José A. Alonso, ,

La función de Smarandache, también conocida como la función de Kempner, es la función que asigna a cada número entero positivo n el menor número cuyo factorial es divisible por n y se representa por S(n). Por ejemplo, el número 8 no divide a 1!, 2!, 3!, pero sí divide 4!; por tanto, S(8) = 4.

Definir las funciones

   smarandache        :: Integer -> Integer
   graficaSmarandache :: Integer -> IO ()

tales que

  • (smarandache n) es el menor número cuyo factorial es divisible por n. Por ejemplo, 
     smarandache 8   ==  4
     smarandache 10  ==  5
     smarandache 16  ==  6
  • (graficaSmarandache n) dibuja la gráfica de los n primeros términos de la sucesión de Smarandache. Por ejemplo, (graficaSmarandache 100) dibuja
    La_funcion_de_Smarandache_100
    (graficaSmarandache 500) dibuja
    La_funcion_de_Smarandache_500

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Graphics.Gnuplot.Simple
 
smarandache :: Integer -> Integer
smarandache x =
  head [n | (n,y) <- zip [0..] factoriales
          , y `mod` x == 0]
 
-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo, 
--    λ> take 12 factoriales
--    [1,1,2,6,24,120,720,5040,40320,362880,3628800,39916800]
factoriales :: [Integer]
factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]
 
graficaSmarandache :: Integer -> IO ()
graficaSmarandache n =
  plotList [Key Nothing
           , PNG ("La_funcion_de_Smarandache_" ++ show n ++ ".png")
           ]
           (map smarandache [1..n])
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Menor potencia de 2 que comienza por n

José A. Alonso, ,

Definir las funciones

   menorPotencia            :: Integer -> (Integer,Integer)
   graficaMenoresExponentes :: Integer -> IO ()

tales que

  • (menorPotencia n) es el par (k,m) donde m es la menor potencia de 2 que empieza por n y k es su exponentes (es decir, 2^k = m). Por ejemplo, 
     menorPotencia 3             ==  (5,32)
     menorPotencia 7             ==  (46,70368744177664)
     fst (menorPotencia 982)     ==  3973
     fst (menorPotencia 32627)   ==  28557
     fst (menorPotencia 158426)  ==  40000
  • (graficaMenoresExponentes n) dibuja la gráfica de los exponentes de 2 en las menores potencias de los n primeros números enteros positivos. Por ejemplo, (graficaMenoresExponentes 200) dibuja
    Menor_potencia_de_2_que_comienza_por_n

Soluciones

import Data.List               (isPrefixOf)
import Graphics.Gnuplot.Simple (Attribute (Key, PNG), plotList)
 
-- 1ª definición
-- =============
 
menorPotencia :: Integer -> (Integer,Integer)
menorPotencia n =
  head [(k,m) | (k,m) <- zip [0..] potenciasDe2
              , cs `isPrefixOf` show m]
  where cs = show n
 
-- potenciasDe 2 es la lista de las potencias de dos. Por ejemplo,
--    take 12 potenciasDe2  ==  [1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024,2048]
potenciasDe2 :: [Integer]
potenciasDe2 = iterate (*2) 1
 
-- 2ª definición 
-- =============
 
menorPotencia2 :: Integer -> (Integer,Integer)
menorPotencia2 n = aux (0,1)
  where aux (k,m) | cs `isPrefixOf` show m = (k,m)
                  | otherwise              = aux (k+1,2*m)
        cs = show n
 
-- 3ª definición 
-- =============
 
menorPotencia3 :: Integer -> (Integer,Integer)
menorPotencia3 n =
  until (isPrefixOf n1 . show . snd) (\(x,y) -> (x+1,2*y)) (0,1)
  where n1 = show n
 
-- Comparación de eficiencia
-- =========================
 
--    λ> maximum [fst (menorPotencia n) | n <- [1..1000]]
--    3973
--    (3.69 secs, 1,094,923,696 bytes)
--    λ> maximum [fst (menorPotencia2 n) | n <- [1..1000]]
--    3973
--    (5.13 secs, 1,326,382,872 bytes)
--    λ> maximum [fst (menorPotencia3 n) | n <- [1..1000]]
--    3973
--    (4.71 secs, 1,240,498,128 bytes)
 
graficaMenoresExponentes :: Integer -> IO ()
graficaMenoresExponentes n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG "Menor_potencia_de_2_que_comienza_por_n.png"
           ]
           (map (fst . menorPotencia) [1..n])
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Períodos de Fibonacci

José A. Alonso, ,

Los primeros términos de la sucesión de Fibonacci son

   0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610

Al calcular sus restos módulo 3 se obtiene

   0,1,1,2,0,2,2,1, 0,1,1,2,0,2,2,1

Se observa que es periódica y su período es

   0,1,1,2,0,2,2,1

Definir las funciones

   fibsMod                   :: Integer -> [Integer]
   periodoFibMod             :: Integer -> [Integer]
   longPeriodosFibMod        :: [Int]
   graficaLongPeriodosFibMod :: Int -> IO ()

tales que

  • (fibsMod n) es la lista de los términos de la sucesión de Fibonacci módulo n. Por ejemplo,
     λ> take 24 (fibsMod 3)
     [0,1,1,2,0,2,2,1, 0,1,1,2,0,2,2,1, 0,1,1,2,0,2,2,1]
     λ> take 24 (fibsMod 4)
     [0,1,1,2,3,1, 0,1,1,2,3,1, 0,1,1,2,3,1, 0,1,1,2,3,1]
  • (periodoFibMod n) es la parte perioica de la sucesión de Fibonacci módulo n. Por ejemplo,
     periodoFibMod 3  ==  [0,1,1,2,0,2,2,1]
     periodoFibMod 4  ==  [0,1,1,2,3,1]
     periodoFibMod 7  ==  [0,1,1,2,3,5,1,6,0,6,6,5,4,2,6,1]
  • longPeriodosFibMod es la sucesión de las longitudes de los períodos de las sucesiones de Fibonacci módulo n, para n > 0. Por ejemplo,
     λ> take 20 longPeriodosFibMod
     [1,3,8,6,20,24,16,12,24,60,10,24,28,48,40,24,36,24,18,60]
  • (graficaLongPeriodosFibMod n) dibuja la gráfica de los n primeros términos de la sucesión longPeriodosFibMod. Por ejemplo, (graficaLongPeriodosFibMod n) dibuja
    Periodos_de_Fibonacci 300

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple
 
fibsMod :: Integer -> [Integer]
fibsMod n = map (`mod` n) fibs
 
-- fibs es la sucesión de Fibonacci. Por ejemplo,
--    λ> take 20 fibs
--    [0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610,987,1597,2584,4181]
fibs :: [Integer]
fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)
 
periodoFibMod :: Integer -> [Integer]
periodoFibMod 1 = [0]
periodoFibMod n = 0 : 1 : aux (drop 2 (fibsMod n))
  where aux (0:1:xs) = []
        aux (a:b:xs) = a : aux (b:xs)
 
longPeriodosFibMod :: [Int]
longPeriodosFibMod =
  [length (periodoFibMod n) | n <- [1..]]
 
-- 2ª definición de longPeriodosFibMod
-- ===================================
 
longPeriodosFibMod2 :: [Int]
longPeriodosFibMod2 = map longPeriodoFibMod [1..]
 
longPeriodoFibMod :: Integer -> Int
longPeriodoFibMod 1 = 1
longPeriodoFibMod n = aux 1 (tail (fibsMod n)) 0
  where aux 0 (1 : xs) k = k
        aux _ (x : xs) k = aux x xs (k + 1)
 
graficaLongPeriodosFibMod :: Int -> IO ()
graficaLongPeriodosFibMod n =
  plotList [ Key Nothing
           , Title ("graficaLongPeriodosFibMod " ++ show n)
           , PNG ("Periodos_de_Fibonacci " ++ show n ++ ".png")]
           (take n longPeriodosFibMod)
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