primes

Números como sumas de primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 19-abril-201725-abril-2021

El número 311 se puede escribir de 5 formas distintas como suma de 1 o más primos consecutivos

   311 =  11 +  13 +  17 + 19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43 + 47
   311 =  31 +  37 +  41 + 43 + 47 + 53 + 59
   311 =  53 +  59 +  61 + 67 + 71
   311 = 101 + 103 + 107
   311 = 311

311 = 11 + 13 + 17 + 19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43 + 47

311 = 31 + 37 + 41 + 43 + 47 + 53 + 59

311 = 53 + 59 + 61 + 67 + 71

311 = 101 + 103 + 107

311 = 311

el número 41 se puede escribir de 4 formas

   41 =  2 +  3 +  5 + 7 + 11 + 13
   41 = 11 + 13 + 17
   41 = 41

41 = 2 + 3 + 5 + 7 + 11 + 13

41 = 11 + 13 + 17

41 = 41

y el número 14 no se puede escribir como suma de primos consecutivos.

Definir la función

   sumas :: Integer -> [[Integer]]

1	sumas :: Integer -> [[Integer]]

tal que (sumas x) es la lista de las formas de escribir x como suma de uno o más números primos consecutivos. Por ejemplo,

   λ> sumas 311
   [[11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47],[31,37,41,43,47,53,59],
    [53,59,61,67,71],[101,103,107],[311]]
   λ> sumas 41
   [[2,3,5,7,11,13],[11,13,17],[41]]
   λ> sumas 14
   []
   λ> [length (sumas n) | n <- [0..20]]
   [0,0,1,1,0,2,0,1,1,0,1,1,1,1,0,1,0,2,1,1,0]
   λ> maximum [length (sumas n) | n <- [1..600]]
   5

λ> sumas 311

[[11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47],[31,37,41,43,47,53,59],

[53,59,61,67,71],[101,103,107],[311]]

λ> sumas 41

[[2,3,5,7,11,13],[11,13,17],[41]]

λ> sumas 14

[]

λ> [length (sumas n) | n <- [0..20]]

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

λ> maximum [length (sumas n) | n <- [1..600]]

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Data.List (span)

sumas :: Integer -> [[Integer]]
sumas x = [ys | n <- takeWhile (<= x) primes, 
                let ys = sumaDesde x n,
                not (null ys)]

-- (sumaDesde x n) es la lista de al menos dos números primos
-- consecutivos a partir del número primo n cuya suma es x, si existen y
-- la lista vacía en caso contrario. Por ejemplo,
--    sumaDesde 15 3  ==  [3,5,7]
--    sumaDesde  7 3  ==  []
sumaDesde :: Integer -> Integer -> [Integer]
sumaDesde x n | x == y    = take (1 + length us) ys
              | otherwise = []
    where ys       = dropWhile (<n) primes
          (us,y:_) = span (<x) (scanl1 (+) ys)

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Data.List (span)

sumas :: Integer -> [[Integer]]

sumas x = [ys | n <- takeWhile (<= x) primes,

let ys = sumaDesde x n,

not (null ys)]

-- (sumaDesde x n) es la lista de al menos dos números primos

-- consecutivos a partir del número primo n cuya suma es x, si existen y

-- la lista vacía en caso contrario. Por ejemplo,

-- sumaDesde 15 3 == [3,5,7]

-- sumaDesde 7 3 == []

sumaDesde :: Integer -> Integer -> [Integer]

sumaDesde x n | x == y = take (1 + length us) ys

| otherwise = []

where ys = dropWhile (<n) primes

(us,y:_) = span (<x) (scanl1 (+) ys)

Distancias entre primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 4-abril-201711-abril-2017

Los 15 primeros números primos son

   2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47

1	2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47

Las distancias entre los elementos consecutivos son

   1, 2, 2, 4, 2,  4,  2,  4,  6,  2,  6,  4,  2,  4

1	1, 2, 2, 4, 2, 4, 2, 4, 6, 2, 6, 4, 2, 4

La distribución de las distancias es

   (1,1), (2,6), (4,5), (6,2)

1	(1,1), (2,6), (4,5), (6,2)

(es decir, el 1 aparece una vez, el 2 aparece 6 veces, etc.) La frecuencia de las distancias es

   (1,7.142857), (2,42.857143), (4,35.714287), (6,14.285714)

1	(1,7.142857), (2,42.857143), (4,35.714287), (6,14.285714)

(es decir, el 1 aparece el 7.142857%, el 2 el 42.857143% etc.)

Definir las funciones

  cuentaDistancias        :: Int -> [(Int,Int)]
  frecuenciasDistancias   :: Int -> [(Int,Float)]
  graficas                :: [Int] -> IO ()
  distanciasMasFrecuentes :: Int -> [Int]

cuentaDistancias :: Int -> [(Int,Int)]

frecuenciasDistancias :: Int -> [(Int,Float)]

graficas :: [Int] -> IO ()

distanciasMasFrecuentes :: Int -> [Int]

tales que

(cuentaDistancias n) es la distribución de distancias entre los n primeros primos consecutivos. Por ejemplo,

     λ> cuentaDistancias 15
     [(1,1),(2,6),(4,5),(6,2)]
     λ> cuentaDistancias 100
     [(1,1),(2,25),(4,26),(6,25),(8,7),(10,7),(12,4),(14,3),(18,1)]

λ> cuentaDistancias 15

[(1,1),(2,6),(4,5),(6,2)]

λ> cuentaDistancias 100

[(1,1),(2,25),(4,26),(6,25),(8,7),(10,7),(12,4),(14,3),(18,1)]

(frecuenciasDistancias n) es la frecuencia de distancias entre los n primeros primos consecutivos. Por ejemplo,

     λ> frecuenciasDistancias 15
     [(1,7.142857),(2,42.857143),(4,35.714287),(6,14.285714)]
     λ> frecuenciasDistancias 30
     [(1,3.4482758),(2,34.482758),(4,34.482758),(6,24.137932),(8,3.4482758)]

λ> frecuenciasDistancias 15

[(1,7.142857),(2,42.857143),(4,35.714287),(6,14.285714)]

λ> frecuenciasDistancias 30

[(1,3.4482758),(2,34.482758),(4,34.482758),(6,24.137932),(8,3.4482758)]

(graficas ns) dibuja las gráficas de (frecuenciasDistancias k) para k en ns. Por ejemplo, (graficas [10,20,30]) dibuja

(graficas [1000,2000,3000]) dibuja

y (graficas [100000,200000,300000]) dibuja
(distanciasMasFrecuentes n) es la lista de las distancias más frecuentes entre los elementos consecutivos de la lista de los n primeros primos. Por ejemplo,

     distanciasMasFrecuentes 15     ==  [2]
     distanciasMasFrecuentes 26     ==  [2,4]
     distanciasMasFrecuentes 32     ==  [4]
     distanciasMasFrecuentes 41     ==  [2,4,6]
     distanciasMasFrecuentes 77     ==  [6]
     distanciasMasFrecuentes 160    ==  [4,6]
     distanciasMasFrecuentes (10^6) == [6]

distanciasMasFrecuentes 15 == [2]

distanciasMasFrecuentes 26 == [2,4]

distanciasMasFrecuentes 32 == [4]

distanciasMasFrecuentes 41 == [2,4,6]

distanciasMasFrecuentes 77 == [6]

distanciasMasFrecuentes 160 == [4,6]

distanciasMasFrecuentes (10^6) == [6]

Comprobar con QuickCheck si para todo n > 160 se verifica que (distanciasMasFrecuentes n) es [6].

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import qualified Data.Map as M 
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck

cuentaDistancias :: Int -> [(Int,Int)]
cuentaDistancias = M.toList . dicDistancias

dicDistancias :: Int -> M.Map Int Int
dicDistancias n =
  M.fromListWith (+) (zip (distancias n) (repeat 1))

distancias :: Int -> [Int]
distancias n =
  zipWith (-) (tail xs) xs
  where xs = take n primes

frecuenciasDistancias :: Int -> [(Int,Float)]
frecuenciasDistancias n =
  [(k,(100 * fromIntegral x) / n1) | (k,x) <- cuentaDistancias n]
  where n1 = fromIntegral (n-1)

graficas :: [Int] -> IO ()
graficas ns =
  plotLists [Key Nothing]
            (map frecuenciasDistancias ns)

distanciasMasFrecuentes :: Int -> [Int]
distanciasMasFrecuentes n =
  M.keys (M.filter (==m) d)
  where d = dicDistancias n
        m = maximum (M.elems d)

-- La propiedad es
prop_distanciasMasFrecuentes :: Int -> Bool
prop_distanciasMasFrecuentes n =
  distanciasMasFrecuentes (161 + abs n) == [6]

import Data.Numbers.Primes

import qualified Data.Map as M

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

cuentaDistancias :: Int -> [(Int,Int)]

cuentaDistancias = M.toList . dicDistancias

dicDistancias :: Int -> M.Map Int Int

dicDistancias n =

M.fromListWith (+) (zip (distancias n) (repeat 1))

distancias :: Int -> [Int]

distancias n =

zipWith (-) (tail xs) xs

where xs = take n primes

frecuenciasDistancias :: Int -> [(Int,Float)]

frecuenciasDistancias n =

[(k,(100 * fromIntegral x) / n1) | (k,x) <- cuentaDistancias n]

where n1 = fromIntegral (n-1)

graficas :: [Int] -> IO ()

graficas ns =

plotLists [Key Nothing]

(map frecuenciasDistancias ns)

distanciasMasFrecuentes :: Int -> [Int]

distanciasMasFrecuentes n =

M.keys (M.filter (==m) d)

where d = dicDistancias n

m = maximum (M.elems d)

-- La propiedad es

prop_distanciasMasFrecuentes :: Int -> Bool

prop_distanciasMasFrecuentes n =

distanciasMasFrecuentes (161 + abs n) == [6]

Cadena de primos

PorJosé A. Alonso 23-enero-201730-enero-2017

La lista de los primeros números primos es

   [2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47,53,59,61,67,71]

1	[2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47,53,59,61,67,71]

Los primeros elementos de la cadena obtenida concatenado los números primos es

   "23571113171923293137414347535961677173798389971011"

1	"23571113171923293137414347535961677173798389971011"

Definir la función

   primoEnPosicion :: Int -> Integer

1	primoEnPosicion :: Int -> Integer

tal que (primoEnPosicion n) es el número primo que tiene algún dígito en la posición n de la cadena obtenida concatenado los números primos. Por ejemplo,

   primoEnPosicion 0       ==  2
   primoEnPosicion 1       ==  3
   primoEnPosicion 4       ==  11
   primoEnPosicion 5       ==  11
   primoEnPosicion 6       ==  13
   primoEnPosicion 1022    ==  2011
   primoEnPosicion 1023    ==  2017
   primoEnPosicion 1026    ==  2017
   primoEnPosicion 1027    ==  2027
   primoEnPosicion (10^7)  ==  21242357

primoEnPosicion 0 == 2

primoEnPosicion 1 == 3

primoEnPosicion 4 == 11

primoEnPosicion 5 == 11

primoEnPosicion 6 == 13

primoEnPosicion 1022 == 2011

primoEnPosicion 1023 == 2017

primoEnPosicion 1026 == 2017

primoEnPosicion 1027 == 2027

primoEnPosicion (10^7) == 21242357

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

primoEnPosicion :: Int -> Integer
primoEnPosicion = aux primes
  where aux (x:xs) n | m > n     = x
                     | otherwise = aux xs (n-m)
          where m = length (show x)


-- 2ª definición
-- =============

primoEnPosicion2 :: Int -> Integer
primoEnPosicion2 n = p
  where (p,_) = head $ dropWhile (\(x,k) -> k < n) primosYfinales

-- primosYfinales es la sucesión de los pares de los números primos y
-- las posiciones de sus dígitos finales en la sucesión de la
-- concatenación de primos. Por ejemplo, 
--    λ> take 10 primosYfinales
--    [(2,0),(3,1),(5,2),(7,3),(11,5),(13,7),(17,9),(19,11),(23,13),(29,15)]
primosYfinales :: [(Integer, Int)]
primosYfinales = scanl f (2,0) (tail primes)
  where f (p,k) q = (q, k + length (show q))

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

-- La propiedad es
prop_equivalencia (Positive n) =
  primoEnPosicion n == primoEnPosicion2 n

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

import Data.Numbers.Primes

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

primoEnPosicion :: Int -> Integer

primoEnPosicion = aux primes

where aux (x:xs) n | m > n = x

| otherwise = aux xs (n-m)

where m = length (show x)

-- 2ª definición

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

primoEnPosicion2 :: Int -> Integer

primoEnPosicion2 n = p

where (p,_) = head $ dropWhile (\(x,k) -> k < n) primosYfinales

-- primosYfinales es la sucesión de los pares de los números primos y

-- las posiciones de sus dígitos finales en la sucesión de la

-- concatenación de primos. Por ejemplo,

-- λ> take 10 primosYfinales

-- [(2,0),(3,1),(5,2),(7,3),(11,5),(13,7),(17,9),(19,11),(23,13),(29,15)]

primosYfinales :: [(Integer, Int)]

primosYfinales = scanl f (2,0) (tail primes)

where f (p,k) q = (q, k + length (show q))

-- Comprobación de equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_equivalencia (Positive n) =

primoEnPosicion n == primoEnPosicion2 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equivalencia

-- +++ OK, passed 100 tests.

Huecos de Euclides

PorJosé A. Alonso 29-noviembre-20166-diciembre-2016

El teorema de Euclides afirma que existen infinitos números primos. En palabras de Euclides,

«Hay más números primos que cualquier cantidad propuesta de números primos.» (Proposición 20 del Libro IX de «Los Elementos»)

Su demostración se basa en que si p₁,…,pₙ son los primeros n números primos, entonces entre 1+pₙ y 1+p₁·p₂·…·pₙ hay algún número primo. La cantidad de dichos números primos se llama el n-ésimo hueco de Euclides. Por ejemplo, para n = 3 se tiene que p₁ = 2, p₂ = 3 y p₃ = 5 entre 1+p₃ = 6 y 1+p₁·p₂·p₃ = 31 hay 8 números primos (7, 11, 13, 17, 19, 23, 29 y 31), por lo que el valor del tercer hueco de Euclides es 8.

Definir la función

   hueco :: Int -> Integer

1	hueco :: Int -> Integer

tal que (hueco n) es el n-ésimo hueco de Eulides. Por ejemplo,

   hueco 3                   ==  8
   [hueco n | n <- [1..8]]   ==  [1,2,8,43,339,3242,42324,646021]

1 2	hueco 3 == 8 [hueco n \| n <- [1..8]] == [1,2,8,43,339,3242,42324,646021]

Soluciones

import Data.List
import Data.Numbers.Primes

hueco :: Int -> Integer
hueco n = nPrimosEntre (primes !! (n-1)) (1 + product (take n primes))

-- (nPrimosEntre x y) es el número de primos entre x e y. Por ejemplo, 
--    nPrimosEntre 3 7  ==  2
nPrimosEntre :: Integer -> Integer -> Integer
nPrimosEntre x y = genericLength (primosEntre x y)

-- (primosEntre x y) es la lista de los números de primos entre x e
-- y. Por ejemplo,  
--    primosEntre 3 7  ==  [5,7]
primosEntre :: Integer -> Integer -> [Integer]
primosEntre x y =
  takeWhile (<=y) (dropWhile (<=x) primes)

import Data.List

import Data.Numbers.Primes

hueco :: Int -> Integer

hueco n = nPrimosEntre (primes !! (n-1)) (1 + product (take n primes))

-- (nPrimosEntre x y) es el número de primos entre x e y. Por ejemplo,

-- nPrimosEntre 3 7 == 2

nPrimosEntre :: Integer -> Integer -> Integer

nPrimosEntre x y = genericLength (primosEntre x y)

-- (primosEntre x y) es la lista de los números de primos entre x e

-- y. Por ejemplo,

-- primosEntre 3 7 == [5,7]

primosEntre :: Integer -> Integer -> [Integer]

primosEntre x y =

takeWhile (<=y) (dropWhile (<=x) primes)

Referencias

Euclid’s theorem en la ProofWiki.

Números consecutivos compuestos

PorJosé A. Alonso 22-noviembre-201629-noviembre-2016

Una serie compuesta de longitud n es una lista de n números consecutivos que son todos compuestos. Por ejemplo, [8,9,10] y [24,25,26] son dos series compuestas de longitud 3.

Cada serie compuesta se puede representar por el par formado por su primer y último elemento. Por ejemplo, las dos series anteriores se pueden representar pos (8,10) y (24,26) respectivamente.

Definir la función

   menorSerieCompuesta :: Integer -> (Integer,Integer)

1	menorSerieCompuesta :: Integer -> (Integer,Integer)

tal que (menorSerieCompuesta n) es la menor serie compuesta (es decir, la que tiene menores elementos) de longitud 3. Por ejemplo,

   menorSerieCompuesta 3    ==  (8,10)
   menorSerieCompuesta 4    ==  (24,27)
   menorSerieCompuesta 5    ==  (24,28)
   menorSerieCompuesta 150  ==  (4652354,4652503)

menorSerieCompuesta 3 == (8,10)

menorSerieCompuesta 4 == (24,27)

menorSerieCompuesta 5 == (24,28)

menorSerieCompuesta 150 == (4652354,4652503)

Comprobar con QuickCheck que para n > 1, el primer elemento de (menorSerieCompuesta n) es igual al primero de (menorSerieCompuesta (n-1)) o al primero de (menorSerieCompuesta (n+1)).

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

menorSerieCompuesta1 :: Integer -> (Integer,Integer)
menorSerieCompuesta1 n = (x,x+n-1)
  where x = head [y | y <- [1..]
                    , esCompuesta [y..y+n-1]]

esCompuesta :: [Integer] -> Bool
esCompuesta xs =  all (not . isPrime) xs

-- 2ª definición
-- =============

menorSerieCompuesta2 :: Integer -> (Integer,Integer)
menorSerieCompuesta2 n = (x+1,x+n)
  where (x,y) = head [(p,q) | (p,q) <- zip primes (tail primes)
                            , q - p >= n + 1]

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

--    λ> menorSerieCompuesta1 75
--    (155922,155996)
--    (12.16 secs, 30,378,380,552 bytes)
--    λ> menorSerieCompuesta2 75
--    (155922,155996)
--    (0.07 secs, 89,813,752 bytes)


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

-- La propiedad es
prop_menorSerieCompuesta :: Integer -> Property
prop_menorSerieCompuesta n =
  n > 1 ==> x == y || y == z
  where [x,y,z] = map (fst . menorSerieCompuesta2) [n-1,n,n+1]

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

import Data.Numbers.Primes

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

menorSerieCompuesta1 :: Integer -> (Integer,Integer)

menorSerieCompuesta1 n = (x,x+n-1)

where x = head [y | y <- [1..]

, esCompuesta [y..y+n-1]]

esCompuesta :: [Integer] -> Bool

esCompuesta xs = all (not . isPrime) xs

-- 2ª definición

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

menorSerieCompuesta2 :: Integer -> (Integer,Integer)

menorSerieCompuesta2 n = (x+1,x+n)

where (x,y) = head [(p,q) | (p,q) <- zip primes (tail primes)

, q - p >= n + 1]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> menorSerieCompuesta1 75

-- (155922,155996)

-- (12.16 secs, 30,378,380,552 bytes)

-- λ> menorSerieCompuesta2 75

-- (155922,155996)

-- (0.07 secs, 89,813,752 bytes)

-- Comprobación de la propiedad

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

-- La propiedad es

prop_menorSerieCompuesta :: Integer -> Property

prop_menorSerieCompuesta n =

n > 1 ==> x == y || y == z

where [x,y,z] = map (fst . menorSerieCompuesta2) [n-1,n,n+1]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_menorSerieCompuesta

-- +++ OK, passed 100 tests.

Referencias

Sucesión A030296 de la OEIS.

Números como sumas de primos consecutivos

Soluciones

Distancias entre primos consecutivos

Soluciones

Cadena de primos

Soluciones

Huecos de Euclides

Soluciones

Referencias

Números consecutivos compuestos

Soluciones

Referencias

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