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Etiqueta: Recursión

Definición por recursión

Cálculo de pi mediante los métodos de Gregory-Leibniz y de Beeler

La fórmula de Gregory-Leibniz para calcular pi es
Calculo_de_pi_mediante_los_metodos_de_Gregory-Leibniz_y_de_Beeler_1
y la de Beeler es
Calculo_de_pi_mediante_los_metodos_de_Gregory-Leibniz_y_de_Beeler_2

Definir las funciones

   aproximaPiGL     :: Int -> Double
   aproximaPiBeeler :: Int -> Double
   graficas         :: [Int] -> IO ()

tales que

  • (aproximaPiGL n) es la aproximación de pi con los primeros n términos de la fórmula de Gregory-Leibniz. Por ejemplo,
     aproximaPiGL 1       ==  4.0
     aproximaPiGL 2       ==  2.666666666666667
     aproximaPiGL 3       ==  3.466666666666667
     aproximaPiGL 10      ==  3.0418396189294032
     aproximaPiGL 100     ==  3.1315929035585537
     aproximaPiGL 1000    ==  3.140592653839794
     aproximaPiGL 10000   ==  3.1414926535900345
     aproximaPiGL 100000  ==  3.1415826535897198
  • (aproximaPiBeeler n) es la aproximación de pi con los primeros n términos de la fórmula de Beeler. Por ejemplo,
     aproximaPiBeeler 1   ==  2.0
     aproximaPiBeeler 2   ==  2.6666666666666665
     aproximaPiBeeler 3   ==  2.933333333333333
     aproximaPiBeeler 10  ==  3.140578169680337
     aproximaPiBeeler 60  ==  3.141592653589793
     pi                   ==  3.141592653589793
  • (graficas xs) dibuja la gráfica de las k-ésimas aproximaciones de pi, donde k toma los valores de la lista xs, con las fórmulas de Gregory-Leibniz y de Beeler. Por ejemplo, (graficas [1..25]) dibuja
    Calculo_de_pi_mediante_los_metodos_de_Gregory-Leibniz_y_de_Beeler_3
    donde la línea morada corresponde a la aproximación de Gregory-Leibniz y la verde a la de Beeler.

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple
 
-- Definiciones de aproximaPiGL
-- ============================
 
-- 1ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL :: Int -> Double
aproximaPiGL n = 4 * (sum . take n . sumaA . zipWith (/) [1,1..]) [1,3..]
  where sumaA (x:y:xs) = x:(-y):sumaA xs
 
-- 2ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL2 :: Int -> Double
aproximaPiGL2 n =
  4 * (sum (take n (zipWith (/) (cycle [1,-1]) [1,3..])))
 
-- 3ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL3 :: Int -> Double
aproximaPiGL3 n =
  4 * (sum . take n . zipWith (/) (cycle [1,-1])) [1,3..]
 
-- 4ª definición de aproximaPiGL
aproximaPiGL4 :: Int -> Double
aproximaPiGL4 n = serieGL !! (n-1)
 
serieGL :: [Double]
serieGL = scanl1 (+) (zipWith (/) numeradores denominadores)
  where numeradores   = cycle [4,-4]
        denominadores = [1,3..]
 
-- Definición de aproximaPiBeeler
aproximaPiBeeler :: Int -> Double
aproximaPiBeeler n = 2 * aux (fromIntegral n) 1
  where
    aux :: Double -> Double -> Double 
    aux n k | n == k    = 1
            | otherwise = 1 + (k/(2*k+1)) * aux n (1+k)
 
-- Definición de graficas
graficas :: [Int] -> IO ()
graficas xs = 
    plotLists [Key Nothing]
             [[(k,aproximaPiGL k)     | k <- xs],
              [(k,aproximaPiBeeler k) | k <- xs]]

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>

Suma de intervalos

Los intervalos se pueden representar por pares de enteros (a,b) con a < b. Los elementos del intervalo (2,5) son 2, 3, 4 y 5; por tanto, su longitud es 4. Para calcular la suma de los longitudes de una lista de intervalos hay que tener en cuenta que si hay intervalos superpuestos sus elementos deben de contarse sólo una vez. Por ejemplo, la suma de los intervalos de [(1,4),(7,10),(3,5)] es 7 ya que, como los intervalos (1,4) y (3,5) se solapan, los podemos ver como el intervalo (1,5) que tiene una longitud de 4.

Definir la función

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

tal que (sumaIntervalos xs) es la suma de las longitudes de los intervalos de xs contando los superpuestos sólo una vez. Por ejemplo,

   sumaIntervalos [(1, 5)]                  == 4
   sumaIntervalos [(0,1), (-1,0)]           == 2
   sumaIntervalos [(0,1), (0,2), (1,2)]     == 2     
   sumaIntervalos [(1, 5), (6, 10)]         == 8
   sumaIntervalos [(1, 5), (5, 10)]         == 9
   sumaIntervalos [(1, 5), (1, 5)]          == 4
   sumaIntervalos [(1, 4), (7, 10), (3, 5)] == 7

Soluciones

import Data.List (nub, sort)
 
-- 1ª solución
sumaIntervalos :: [(Int, Int)] -> Int
sumaIntervalos = aux . sort
  where aux [] = 0
        aux [(a,b)] = b - a
        aux ((a,b):(c,d):xs) | b < c     = b - a + aux ((c,d):xs)
                             | otherwise = aux ((a,max b d):xs)
 
-- 2ª solución
sumaIntervalos2 :: [(Int, Int)] -> Int
sumaIntervalos2 = length . nub . concatMap f
  where f (a, b) = [a..b - 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

“Si la gente no cree que las matemáticas son simples, es sólo porque no se dan cuenta de lo complicada que es la vida.”

John von Neumann.

El sesgo de Chebyshev

Un número primo distinto de 2 tiene la forma 4k + 1 o 4k + 3. Chebyshev notó en 1853 que la mayoría de las veces hay más números primos de la forma 4k + 3 que números primos de la forma 4k + 1 menores que un número dado. Esto se llama el sesgo de Chebyshev.

Definir las funciones

   distribucionPrimosModulo4 :: [(Integer, Integer, Integer)]
   empatesRestosModulo4 :: [Integer]
   mayoria1RestosModulo4 :: [Integer]
   grafica_Chebyshev :: Int -> IO ()

tales que

  • distribucionPrimosModulo4 es la lista de las ternas (p,a,b) tales que p es un números primo, a es la cantidad de primos menores o iguales que p congruentes con 1 módulo 4 y b es la cantidad de primos menores o iguales que p congruentes con 3 módulo 4. Por ejemplo,
     λ> take 7 distribucionPrimosModulo4
     [(2,0,0),(3,0,1),(5,1,1),(7,1,2),(11,1,3),(13,2,3),(17,3,3)]
     λ> distribucionPrimosModulo4 !! (5*10^5)
     (7368791,249888,250112)
  • empatesRestosModulo4 es la lista de los primos p tales que la cantidad de primos menores o iguales que p congruentes con 1 módulo 4 es igual a la cantidad de primos menores o iguales que p congruentes con 3 módulo 4. Por ejemplo,
     λ> take 10 empatesRestosModulo4
     [2,5,17,41,461,26833,26849,26863,26881,26893]
     λ> length (takeWhile (<= 10^6) empatesRestosModulo4)
     112
  • mayoria1RestosModulo4 es la lista de los primos p tales que la cantidad de primos menores o iguales que p congruentes con 1 módulo 4 es mayor que la cantidad de primos menores o iguales que p congruentes con 3 módulo 4. Por ejemplo,
     λ> take 10 mayoria1RestosModulo4
     [26861,616841,616849,616877,616897,616909,616933,616943,616951,616961]
     λ> length (takeWhile (<= 10^6) mayoria1RestosModulo4)
     239
  • (graficaChebyshev n) dibuja la gráfica de los puntos (p,b-a) donde p es uno de los n primeros primos impares, a es la cantidad de primos menores o iguales que p congruentes con 1 módulo 4 y b es la cantidad de primos menores o iguales que p congruentes con 3 módulo 4. Por ejemplo, (graficaChebyshev 5000) dibuja la figura

Soluciones

[schedule expon=’2020-03-30′ expat=”06:00″]
  • Las soluciones se pueden escribir en los comentarios.
  • El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

Pensamiento

“El valor de un problema no es tanto el de encontrar la respuesta como el de las ideas e intentos que obliga su resolución.”

Israel Nathan Herstein.

[/schedule]

Primos magnánimos

Un número magnánimo es un número tal que las sumas obtenidas insertando un “+” entre sus dígitos en cualquier posición son números primos. Por ejemplo, 4001 es un número magnánimo porque los números 4+001=5, 40+01=41 y 400+1=401 son primos.

Definir las funciones

   esMagnanimo :: Integer -> Bool
   primosMagnanimos :: [Integer]

tales que

  • (esMagnanimo n) se verifica si n es un número magnánimo. Por ejemplo,
     esMagnanimo 4001  ==  True
     esMagnanimo 2019  ==  False
  • primosMagnanimos es la lista de los números primos magnánimos. Por ejemplo,
     λ> take 20 primosMagnanimos
     [2,3,5,7,11,23,29,41,43,47,61,67,83,89,101,227,229,281,401,443]

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (isPrime, primes)
 
esMagnanimo :: Integer -> Bool
esMagnanimo n =
  all isPrime [x + y | (x, y) <- divisionesNumero n]
 
-- (divisionesNumero n) es la lista de las divisiones de n en dos
-- números. Por ejemplo,
--    divisionesNumero 1234  ==  [(1,234),(12,34),(123,4)]
--    divisionesNumero 234   ==  [(2,34),(23,4)]
--    divisionesNumero 34    ==  [(3,4)]
--    divisionesNumero 4     ==  []
divisionesNumero :: Integer -> [(Integer,Integer)]
divisionesNumero n =
  [(read xs, read ys) | (xs,ys) <- divisiones (show n)]
 
-- (divisiones xs) es la lista de las divisiones de xs en dos listas no
-- vacías. Por ejemplo,
--    divisiones "abcd"  ==  [("a","bcd"),("ab","cd"),("abc","d")]
--    divisiones "bcd"   ==  [("b","cd"),("bc","d")]
--    divisiones "cd"    ==  [("c","d")]
--    divisiones "d"     ==  []
--    divisiones ""      ==  []
divisiones :: [a] -> [([a],[a])]
divisiones []     = []
divisiones [_]    = []
divisiones (x:xs) = ([x],xs) : [(x:is,ds) | (is,ds) <- divisiones xs]
 
primosMagnanimos :: [Integer]
primosMagnanimos = filter esMagnanimo primes

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

“Existe una distinción entre lo que se puede llamar un problema y lo que puede considerar un ejercicio. Este último sirve para entrenar al en alguna técnica o procedimiento, y requiere poco o ningún original. A diferencia de un ejercicio, un problema, si es apropiado para nivel, debe requerir pensamiento por parte del estudiante. Es imposible exagerar la importancia de los problemas en las matemáticas. Es por medio de los problemas que las matemáticas se desarrollan y se levantan por sí mismas. Cada nuevo descubrimiento en matemáticas es el resultado de un intento de resolver algún problema.”

Howard Eves.

Cálculo de pi mediante el método de Newton

El método de Newton para el cálculo de pi se basa en la relación
Calculo_de_pi_mediante_el_metodo_de_Newton_1
y en el desarrollo del arco seno
Calculo_de_pi_mediante_el_metodo_de_Newton_2
de donde se obtiene la fórmula
Calculo_de_pi_mediante_el_metodo_de_Newton_3

La primeras aproximaciones son

   a(0) = 6*(1/2)                               = 3.0
   a(1) = 6*(1/2+1/(2*3*2^3))                   = 3.125
   a(2) = 6*(1/2+1/(2*3*2^3)+(1*3)/(2*4*5*2^5)) = 3.1390625

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   grafica        :: [Int] -> IO ()

tales que

  • (aproximacionPi n) es la n-ésima aproximación de pi con la fórmula de Newton. Por ejemplo,
     aproximacionPi 0   ==  3.0
     aproximacionPi 1   ==  3.125
     aproximacionPi 2   ==  3.1390625
     aproximacionPi 10  ==  3.1415926468755613
     aproximacionPi 21  ==  3.141592653589793
     pi                 ==  3.141592653589793
  • (grafica xs) dibuja la gráfica de las k-ésimas aproximaciones de pi donde k toma los valores de la lista xs. Por ejemplo, (grafica [1..30]) dibuja
    Calculo_de_pi_mediante_el_metodo_de_Newton_4

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple
 
-- 1ª definición
-- =============
 
aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = 6 * arcsinX
  where arcsinX = 0.5 + sum (take n factoresN)
 
factoresN :: [Double]
factoresN = zipWith (*) (potenciasK 3) fraccionesPI
 
potenciasK :: Double -> [Double]
potenciasK k = (0.5**k)/k : potenciasK (k+2)
 
fraccionesPI :: [Double]
fraccionesPI =
  scanl (*) (1/2) (tail (zipWith (/) [1,3..] [2,4..]))
 
-- 2ª definición
-- =============
 
aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 n = 6 * (serie !! n)
 
serie :: [Double]
serie = scanl1 (+) (zipWith (/)
                            (map fromIntegral numeradores)
                            (map fromIntegral denominadores))
  where numeradores    = 1 : scanl1 (*) [1,3..]
        denominadores  = zipWith (*) denominadores1 denominadores2
        denominadores1 = 2 : scanl1 (*) [2,4..]
        denominadores2 = 1 : [n * 2^n | n <- [3,5..]]
 
grafica :: [Int] -> IO ()
grafica xs = 
    plotList [Key Nothing]
             [(k,aproximacionPi k) | k <- xs]

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

“Mi trabajo siempre trató de unir lo verdadero con lo bello; pero cuando tuve que elegir uno u otro, generalmente elegí lo bello.”

Hermann Weyl.