primes

Particiones primas

PorJosé A. Alonso 20-marzo-201828-marzo-2018

Una partición prima de un número natural n es un conjunto de primos cuya suma es n. Por ejemplo, el número 7 tiene 7 particiones primas ya que

   7 = 7 = 5 + 2 = 3 + 2 + 2

1	7 = 7 = 5 + 2 = 3 + 2 + 2

Definir la función

   particiones :: Int -> [[Int]]

1	particiones :: Int -> [[Int]]

tal que (particiones n) es el comjunto de las particiones primas de n. Por ejemplo,

   particiones 7             ==  [[7],[5,2],[3,2,2]]
   particiones 8             ==  [[5,3],[3,3,2],[2,2,2,2]]
   particiones 9             ==  [[7,2],[5,2,2],[3,3,3],[3,2,2,2]]
   length (particiones 100)  ==  40899

particiones 7 == [[7],[5,2],[3,2,2]]

particiones 8 == [[5,3],[3,3,2],[2,2,2,2]]

particiones 9 == [[7,2],[5,2,2],[3,3,3],[3,2,2,2]]

length (particiones 100) == 40899

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Data.Array          (Array, (!), array)

-- 1ª solución
-- ===========

particiones1 :: Int -> [[Int]]
particiones1 0 = [[]]
particiones1 n = [x:y | x <- xs, 
                        y <- particiones1 (n-x), 
                        [x] >= take 1 y]
  where xs = reverse (takeWhile (<= n) primes)

-- 2ª solución (con programación dinámica)
-- =======================================

particiones2 :: Int -> [[Int]]
particiones2 n = (vectorParticiones n) ! n

-- (vectorParticiones n) es el vector con índices de 0 a n tal que el
-- valor del índice k es la lista de las particiones primas de k. Por
-- ejemplo, 
--    λ> mapM_ print (elems (vectorParticiones 9))
--    [[]]
--    []
--    [[2]]
--    [[3]]
--    [[2,2]]
--    [[5],[3,2]]
--    [[3,3],[2,2,2]]
--    [[7],[5,2],[3,2,2]]
--    [[5,3],[3,3,2],[2,2,2,2]]
--    [[7,2],[5,2,2],[3,3,3],[3,2,2,2]]
--    λ> elems (vectorParticiones 9) == map particiones1 [0..9]
--    True
vectorParticiones :: Int -> Array Int [[Int]]
vectorParticiones n = v where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
    where f 0 = [[]]
          f m = [x:y | x <- xs, 
                       y <- v ! (m-x), 
                       [x] >= take 1 y]
            where xs = reverse (takeWhile (<= m) primes)

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

--    λ> length (particiones1 35)
--    175
--    (5.88 secs, 2,264,266,040 bytes)
--    λ> length (particiones2 35)
--    175
--    (0.02 secs, 1,521,560 bytes)

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Data.Array (Array, (!), array)

-- 1ª solución

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

particiones1 :: Int -> [[Int]]

particiones1 0 = [[]]

particiones1 n = [x:y | x <- xs,

y <- particiones1 (n-x),

[x] >= take 1 y]

where xs = reverse (takeWhile (<= n) primes)

-- 2ª solución (con programación dinámica)

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

particiones2 :: Int -> [[Int]]

particiones2 n = (vectorParticiones n) ! n

-- (vectorParticiones n) es el vector con índices de 0 a n tal que el

-- valor del índice k es la lista de las particiones primas de k. Por

-- ejemplo,

-- λ> mapM_ print (elems (vectorParticiones 9))

-- [[]]

-- []

-- [[2]]

-- [[3]]

-- [[2,2]]

-- [[5],[3,2]]

-- [[3,3],[2,2,2]]

-- [[7],[5,2],[3,2,2]]

-- [[5,3],[3,3,2],[2,2,2,2]]

-- [[7,2],[5,2,2],[3,3,3],[3,2,2,2]]

-- λ> elems (vectorParticiones 9) == map particiones1 [0..9]

-- True

vectorParticiones :: Int -> Array Int [[Int]]

vectorParticiones n = v where

v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]

where f 0 = [[]]

f m = [x:y | x <- xs,

y <- v ! (m-x),

[x] >= take 1 y]

where xs = reverse (takeWhile (<= m) primes)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (particiones1 35)

-- 175

-- (5.88 secs, 2,264,266,040 bytes)

-- λ> length (particiones2 35)

-- 175

-- (0.02 secs, 1,521,560 bytes)

La conjetura de Levy

PorJosé A. Alonso 12-marzo-201825-abril-2021

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

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 ()

1 2	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)]

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

Comprobar con QuickCheck la conjetura de Levy.

Soluciones

[schedule on=’2018-03-19′ at=»06:00″]

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.

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.

La conjetura de Gilbreath

PorJosé A. Alonso 8-marzo-201825-abril-2021

Partiendo de los 5 primeros números primos y calculando el valor absoluto de la diferencia de cada dos números consecutivos hasta quedarse con un único número se obtiene la siguiente tabla:

   2, 3, 5, 7, 11
   1, 2, 2, 4 
   1, 0, 2
   1, 2 
   1

2, 3, 5, 7, 11

1, 2, 2, 4

1, 0, 2

1, 2

Se observa que todas las filas, salvo la inicial, comienzan con el número 1.

Repitiendo el proceso pero empezando con los 8 primeros números primos se obtiene la siguiente tabla:

   2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19 
   1, 2, 2, 4,  2,  4,  2  
   1, 0, 2, 2,  2,  2 
   1, 2, 0, 0,  0 
   1, 2, 0, 0 
   1, 2, 0 
   1, 2 
   1

2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19

1, 2, 2, 4, 2, 4, 2

1, 0, 2, 2, 2, 2

1, 2, 0, 0, 0

1, 2, 0, 0

1, 2, 0

1, 2

Se observa que, de nuevo, todas las filas, salvo la inicial, comienza con el número 1.

La conjetura de Gilbreath afirma que si escribimos la sucesión de números primos completa y después construimos las correspondientes sucesiones formadas por el valor absoluto de la resta de cada pareja de números consecutivos, entonces todas esas filas que obtenemos comienzan siempre por 1.

El objetivo de este ejercicio es comprobar experimentalmente dicha conjetura.

Para la representación, usaremos la simétrica de la que hemos comentado anteriormente; es decir,

    2
    3, 1
    5, 2, 1
    7, 2, 0, 1
   11, 4, 2, 2, 1
   13, 2, 2, 0, 2, 1
   17, 4, 2, 0, 0, 2, 1
   19, 2, 2, 0, 0, 0, 2, 1

3, 1

5, 2, 1

7, 2, 0, 1

11, 4, 2, 2, 1

13, 2, 2, 0, 2, 1

17, 4, 2, 0, 0, 2, 1

19, 2, 2, 0, 0, 0, 2, 1

en la que la primera columna son los números primos y el elemento de la fila i y columna j (con i, j > 1) es el valor absoluto de la diferencia de los elementos (i,j-1) e (i-1,j-1).

Definir las siguientes funciones

   siguiente           :: Integer -> [Integer] -> [Integer]
   triangulo           :: [[Integer]]
   conjetura_Gilbreath :: Int -> Bool

siguiente :: Integer -> [Integer] -> [Integer]

triangulo :: [[Integer]]

conjetura_Gilbreath :: Int -> Bool

tales que

(siguiente x ys) es la línea siguiente de la ys que empieza por x en la tabla de Gilbreath; es decir, si ys es [y1,y2,…,yn], entonces (siguiente x ys) es [x,|y1-x|,|y2-|y1-x||,…] Por ejemplo,

     siguiente  7 [5,2,1]               ==  [7,2,0,1]
     siguiente 29 [23,4,2,0,0,0,0,2,1]  ==  [29,6,2,0,0,0,0,0,2,1]

1 2	siguiente 7 [5,2,1] == [7,2,0,1] siguiente 29 [23,4,2,0,0,0,0,2,1] == [29,6,2,0,0,0,0,0,2,1]

triangulo es el triángulo de Gilbreath. Por ejemplo,

     ghci> take 10 triangulo
     [[ 2],
      [ 3,1],
      [ 5,2,1],
      [ 7,2,0,1],
      [11,4,2,2,1],
      [13,2,2,0,2,1],
      [17,4,2,0,0,2,1],
      [19,2,2,0,0,0,2,1],
      [23,4,2,0,0,0,0,2,1],
      [29,6,2,0,0,0,0,0,2,1]]

ghci> take 10 triangulo

[[ 2],

[ 3,1],

[ 5,2,1],

[ 7,2,0,1],

[11,4,2,2,1],

[13,2,2,0,2,1],

[17,4,2,0,0,2,1],

[19,2,2,0,0,0,2,1],

[23,4,2,0,0,0,0,2,1],

[29,6,2,0,0,0,0,0,2,1]]

(conjeturaGilbreath n) se verifica si se cumple la conjetura de Gilbreath para los n primeros números primos; es decir, en el triángulo de Gilbreath cuya primera columna son los n primeros números primos, todas las filas a partir de la segunda terminan en 1. Por ejemplo,

     ghci> conjeturaGilbreath 1000
     True

1 2	ghci> conjeturaGilbreath 1000 True

Soluciones

import Data.Numbers.Primes

siguiente :: Integer -> [Integer] -> [Integer]
siguiente x ys = scanl (\m n -> abs (m-n)) x ys 

triangulo :: [[Integer]]
triangulo = 
    [2] : [siguiente x ys | (x,ys) <- zip (tail primes) triangulo]

conjeturaGilbreath :: Int -> Bool
conjeturaGilbreath n = all p (tail (take n triangulo))
  where p xs = last xs == 1

import Data.Numbers.Primes

siguiente :: Integer -> [Integer] -> [Integer]

siguiente x ys = scanl (\m n -> abs (m-n)) x ys

triangulo :: [[Integer]]

triangulo =

[2] : [siguiente x ys | (x,ys) <- zip (tail primes) triangulo]

conjeturaGilbreath :: Int -> Bool

conjeturaGilbreath n = all p (tail (take n triangulo))

where p xs = last xs == 1

Números somirp

PorJosé A. Alonso 10-enero-201819-febrero-2018

Un número omirp es un número primo que forma un primo distinto al invertir el orden de sus dígitos.

Definir las funciones

  esOmirp            :: Integer -> Bool
  omirps             :: [Integer]
  nOmirpsIntermedios :: Int -> Int

esOmirp :: Integer -> Bool

omirps :: [Integer]

nOmirpsIntermedios :: Int -> Int

tales que

(esOmirp n) se verifica si n es un número omirp. Por ejemplo,

     esOmirp 13      ==  True
     esOmirp 11      ==  False
     esOmirp 112207  ==  True

esOmirp 13 == True

esOmirp 11 == False

esOmirp 112207 == True

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

     take 15 omirps  ==  [13,17,31,37,71,73,79,97,107,113]
     omirps !! 2000  ==  112207

1 2	take 15 omirps == [13,17,31,37,71,73,79,97,107,113] omirps !! 2000 == 112207

(nOmirpsIntermedios n) es la cantidad de números omirps entre el n-ésimo número omirp y el obtenido al invertir el orden de sus dígitos. Por ejemplo,

     nOmirpsIntermedios 2000  ==  4750

1	nOmirpsIntermedios 2000 == 4750

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Ángel Ruiz Campos.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (isPrime,primes)

esOmirp :: Integer -> Bool
esOmirp n = n /= rn && isPrime rn
  where rn = read . reverse . show $ n

omirps :: [Integer]
omirps = filter esOmirp primes

nOmirpsIntermedios :: Int -> Int
nOmirpsIntermedios n =
  length
  . filter esOmirp
  . takeWhile (< rx)
  . dropWhile (<= x) $ primes
  where x  = omirps !! n
        rx = read . reverse . show $ x

import Data.Numbers.Primes (isPrime,primes)

esOmirp :: Integer -> Bool

esOmirp n = n /= rn && isPrime rn

where rn = read . reverse . show $ n

omirps :: [Integer]

omirps = filter esOmirp primes

nOmirpsIntermedios :: Int -> Int

nOmirpsIntermedios n =

length

. filter esOmirp

. takeWhile (< rx)

. dropWhile (<= x) $ primes

where x = omirps !! n

rx = read . reverse . show $ x

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])

Particiones primas

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La conjetura de Levy

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La conjetura de Gilbreath

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Sucesión de raíces enteras de los números primos

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