scanl1 – Exercitium

Índices de valores verdaderos

PorJosé A. Alonso 12-abril-202211-abril-2022

Definir la función

   indicesVerdaderos :: [Int] -> [Bool]

1	indicesVerdaderos :: [Int] -> [Bool]

tal que (indicesVerdaderos xs) es la lista infinita de booleanos tal que sólo son verdaderos los elementos cuyos índices pertenecen a la lista estrictamente creciente xs. Por ejemplo,

   λ> take 6 (indicesVerdaderos [1,4])
   [False,True,False,False,True,False]
   λ> take 6 (indicesVerdaderos [0,2..])
   [True,False,True,False,True,False]
   λ> take 3 (indicesVerdaderos [])
   [False,False,False]
   λ> take 6 (indicesVerdaderos [1..])
   [False,True,True,True,True,True]
   λ> last (take (8*10^7) (indicesVerdaderos [0,5..]))
   False

λ> take 6 (indicesVerdaderos [1,4])

[False,True,False,False,True,False]

λ> take 6 (indicesVerdaderos [0,2..])

[True,False,True,False,True,False]

λ> take 3 (indicesVerdaderos [])

[False,False,False]

λ> take 6 (indicesVerdaderos [1..])

[False,True,True,True,True,True]

λ> last (take (8*10^7) (indicesVerdaderos [0,5..]))

False

Soluciones

[schedule expon=’2022-04-19′ 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>

[/schedule]

[schedule on=’2022-04-19′ at=»06:00″]

import Data.List.Ordered (member)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

indicesVerdaderos1 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos1 []     = repeat False
indicesVerdaderos1 (x:ys) =
  replicate x False ++ [True] ++ indicesVerdaderos1 [y-x-1 | y <- ys]

-- 2ª solución
-- ===========

indicesVerdaderos2 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos2 = aux 0
  where aux _ []     = repeat False
        aux n (x:xs) | x == n    = True  : aux (n+1) xs
                     | otherwise = False : aux (n+1) (x:xs)

-- 3ª solución
-- ===========

indicesVerdaderos3 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos3 = aux [0..]
  where aux _      []                 = repeat False
        aux (i:is) (x:xs) | i == x    = True  : aux is xs
                          | otherwise = False : aux is (x:xs)

-- 4ª solución
-- ===========

indicesVerdaderos4 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos4 xs = [pertenece x xs | x <- [0..]]

-- (pertenece x ys) se verifica si x pertenece a la lista estrictamente
-- creciente (posiblemente infinita) ys. Por ejemplo,
--    pertenece 9 [1,3..]  ==  True
--    pertenece 6 [1,3..]  ==  False
pertenece :: Int -> [Int] -> Bool
pertenece x ys = x `elem` takeWhile (<=x) ys

-- 5ª solución
-- ===========

indicesVerdaderos5 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos5 xs = map (`pertenece2` xs) [0..]

pertenece2 :: Int -> [Int] -> Bool
pertenece2 x = aux
  where aux [] = False
        aux (y:ys) = case compare x y of
                       LT -> False
                       EQ -> True
                       GT -> aux ys

-- 6ª solución
-- ===========

indicesVerdaderos6 :: [Int] -> [Bool]
indicesVerdaderos6 xs = map (`member` xs) [0..]

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

-- ListaCreciente es un tipo de dato para generar lista de enteros
-- crecientes arbitrarias.
newtype ListaCreciente = LC [Int]
  deriving Show

-- listaCrecienteArbitraria es un generador de lista de enteros
-- crecientes arbitrarias. Por ejemplo,
--    λ> sample listaCrecienteArbitraria
--    LC []
--    LC [2,5]
--    LC [4,8]
--    LC [6,13]
--    LC [7,15,20,28,33]
--    LC [11,15,20,29,35,40]
--    LC [5,17,25,36,42,50,52,64]
--    LC [9,16,31,33,46,59,74,83,85,89,104,113,118]
--    LC [9,22,29,35,37,49,53,62,68,77,83,100]
--    LC []
--    LC [3,22,25,34,36,51,72,75,89]
listaCrecienteArbitraria :: Gen ListaCreciente
listaCrecienteArbitraria = do
  xs <- arbitrary
  return (LC (listaCreciente xs))

-- (listaCreciente xs) es la lista creciente correspondiente a xs. Por ejemplo,
--    listaCreciente [-1,3,-4,3,0]   ==  [2,6,11,15,16]
listaCreciente :: [Int] -> [Int]
listaCreciente xs =
  scanl1 (+) (map (succ . abs) xs)

-- ListaCreciente está contenida en Arbitrary
instance Arbitrary ListaCreciente where
  arbitrary = listaCrecienteArbitraria

-- La propiedad es
prop_indicesVerdaderos :: ListaCreciente -> Bool
prop_indicesVerdaderos (LC xs) =
  all (== take n (indicesVerdaderos1 xs))
      [take n (f xs) | f <-[indicesVerdaderos2,
                            indicesVerdaderos3,
                            indicesVerdaderos4,
                            indicesVerdaderos5,
                            indicesVerdaderos6]]
  where n = length xs

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

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

-- La comparación es
--    λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos1 [0,5..]))
--    False
--    (2.69 secs, 2,611,031,544 bytes)
--    λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos2 [0,5..]))
--    False
--    (0.03 secs, 10,228,880 bytes)
--
--    λ> last (take (4*10^6) (indicesVerdaderos2 [0,5..]))
--    False
--    (2.37 secs, 1,946,100,856 bytes)
--    λ> last (take (4*10^6) (indicesVerdaderos3 [0,5..]))
--    False
--    (1.54 secs, 1,434,100,984 bytes)
--
--    λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos3 [0,5..]))
--    False
--    (2.30 secs, 2,150,900,984 bytes)
--    λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos4 [0,5..]))
--    False
--    (1.55 secs, 1,651,701,184 bytes)
--    λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos5 [0,5..]))
--    False
--    (0.58 secs, 1,584,514,304 bytes)
--
--    λ> last (take (3*10^7) (indicesVerdaderos5 [0,5..]))
--    False
--    (2.74 secs, 7,920,514,360 bytes)
--    λ> last (take (3*10^7) (indicesVerdaderos6 [0,5..]))
--    False
--    (0.82 secs, 6,960,514,136 bytes)

--    λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos1 [0,5..]))
--    False
--    (2.69 secs, 2,611,031,544 bytes)
--    λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos6 [0,5..]))
--    False
--    (0.01 secs, 5,154,040 bytes)

100

101

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import Data.List.Ordered (member)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

indicesVerdaderos1 :: [Int] -> [Bool]

indicesVerdaderos1 [] = repeat False

indicesVerdaderos1 (x:ys) =

replicate x False ++ [True] ++ indicesVerdaderos1 [y-x-1 | y <- ys]

-- 2ª solución

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

indicesVerdaderos2 :: [Int] -> [Bool]

indicesVerdaderos2 = aux 0

where aux _ [] = repeat False

aux n (x:xs) | x == n = True : aux (n+1) xs

| otherwise = False : aux (n+1) (x:xs)

-- 3ª solución

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

indicesVerdaderos3 :: [Int] -> [Bool]

indicesVerdaderos3 = aux [0..]

where aux _ [] = repeat False

aux (i:is) (x:xs) | i == x = True : aux is xs

| otherwise = False : aux is (x:xs)

-- 4ª solución

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

indicesVerdaderos4 :: [Int] -> [Bool]

indicesVerdaderos4 xs = [pertenece x xs | x <- [0..]]

-- (pertenece x ys) se verifica si x pertenece a la lista estrictamente

-- creciente (posiblemente infinita) ys. Por ejemplo,

-- pertenece 9 [1,3..] == True

-- pertenece 6 [1,3..] == False

pertenece :: Int -> [Int] -> Bool

pertenece x ys = x `elem` takeWhile (<=x) ys

-- 5ª solución

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

indicesVerdaderos5 :: [Int] -> [Bool]

indicesVerdaderos5 xs = map (`pertenece2` xs) [0..]

pertenece2 :: Int -> [Int] -> Bool

pertenece2 x = aux

where aux [] = False

aux (y:ys) = case compare x y of

LT -> False

EQ -> True

GT -> aux ys

-- 6ª solución

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

indicesVerdaderos6 :: [Int] -> [Bool]

indicesVerdaderos6 xs = map (`member` xs) [0..]

-- Comprobación de equivalencia

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

-- ListaCreciente es un tipo de dato para generar lista de enteros

-- crecientes arbitrarias.

newtype ListaCreciente = LC [Int]

deriving Show

-- listaCrecienteArbitraria es un generador de lista de enteros

-- crecientes arbitrarias. Por ejemplo,

-- λ> sample listaCrecienteArbitraria

-- LC []

-- LC [2,5]

-- LC [4,8]

-- LC [6,13]

-- LC [7,15,20,28,33]

-- LC [11,15,20,29,35,40]

-- LC [5,17,25,36,42,50,52,64]

-- LC [9,16,31,33,46,59,74,83,85,89,104,113,118]

-- LC [9,22,29,35,37,49,53,62,68,77,83,100]

-- LC []

-- LC [3,22,25,34,36,51,72,75,89]

listaCrecienteArbitraria :: Gen ListaCreciente

listaCrecienteArbitraria = do

xs <- arbitrary

return (LC (listaCreciente xs))

-- (listaCreciente xs) es la lista creciente correspondiente a xs. Por ejemplo,

-- listaCreciente [-1,3,-4,3,0] == [2,6,11,15,16]

listaCreciente :: [Int] -> [Int]

listaCreciente xs =

scanl1 (+) (map (succ . abs) xs)

-- ListaCreciente está contenida en Arbitrary

instance Arbitrary ListaCreciente where

arbitrary = listaCrecienteArbitraria

-- La propiedad es

prop_indicesVerdaderos :: ListaCreciente -> Bool

prop_indicesVerdaderos (LC xs) =

all (== take n (indicesVerdaderos1 xs))

[take n (f xs) | f <-[indicesVerdaderos2,

indicesVerdaderos3,

indicesVerdaderos4,

indicesVerdaderos5,

indicesVerdaderos6]]

where n = length xs

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_indicesVerdaderos

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos1 [0,5..]))

-- False

-- (2.69 secs, 2,611,031,544 bytes)

-- λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos2 [0,5..]))

-- False

-- (0.03 secs, 10,228,880 bytes)

-- λ> last (take (4*10^6) (indicesVerdaderos2 [0,5..]))

-- False

-- (2.37 secs, 1,946,100,856 bytes)

-- λ> last (take (4*10^6) (indicesVerdaderos3 [0,5..]))

-- False

-- (1.54 secs, 1,434,100,984 bytes)

-- λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos3 [0,5..]))

-- False

-- (2.30 secs, 2,150,900,984 bytes)

-- λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos4 [0,5..]))

-- False

-- (1.55 secs, 1,651,701,184 bytes)

-- λ> last (take (6*10^6) (indicesVerdaderos5 [0,5..]))

-- False

-- (0.58 secs, 1,584,514,304 bytes)

-- λ> last (take (3*10^7) (indicesVerdaderos5 [0,5..]))

-- False

-- (2.74 secs, 7,920,514,360 bytes)

-- λ> last (take (3*10^7) (indicesVerdaderos6 [0,5..]))

-- False

-- (0.82 secs, 6,960,514,136 bytes)

-- λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos1 [0,5..]))

-- False

-- (2.69 secs, 2,611,031,544 bytes)

-- λ> last (take (2*10^4) (indicesVerdaderos6 [0,5..]))

-- False

-- (0.01 secs, 5,154,040 bytes)

El código se encuentra en [GitHub](https://github.com/jaalonso/Exercitium/blob/main/src/Indices_verdaderos.hs).

La elaboración de las soluciones se describe en el siguiente vídeo

Nuevas soluciones

En los comentarios se pueden escribir nuevas soluciones.
El código se debe escribir entre una línea con <pre lang="haskell"> y otra con </pre>

[/schedule]

Operaciones con series de potencias

PorJosé A. Alonso 29-mayo-202025-marzo-2022

Una serie de potencias es una serie de la forma

   a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

1	a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

Las series de potencias se pueden representar mediante listas infinitas. Por ejemplo, la serie de la función exponencial es

   e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

1	e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

y se puede representar por [1, 1, 1/2, 1/6, 1/24, 1/120, …]

Las operaciones con series se pueden ver como una generalización de las de los polinomios.

En lo que sigue, usaremos el tipo (Serie a) para representar las series de potencias con coeficientes en a y su definición es

   type Serie a = [a]

1	type Serie a = [a]

Definir las siguientes funciones

   opuesta      :: Num a => Serie a -> Serie a
   suma         :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   resta        :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   producto     :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   cociente     :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   derivada     :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   integral     :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   expx         :: Serie Rational

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

expx :: Serie Rational

tales que

(opuesta xs) es la opuesta de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (opuesta [-6,-4..])
     [6,4,2,0,-2,-4,-6]

1 2	λ> take 7 (opuesta [-6,-4..]) [6,4,2,0,-2,-4,-6]

(suma xs ys) es la suma de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..])
     [3,7,11,15,19,23,27]

1 2	λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..]) [3,7,11,15,19,23,27]

(resta xs ys) es la resta de las series xs es ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])
     [1,1,1,1,1,1,1]
     λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])
     [2,4,6,8,10,12,14]

λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])

[1,1,1,1,1,1,1]

λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])

[2,4,6,8,10,12,14]

(producto xs ys) es el producto de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..])
     [6,22,52,100,170,266,392]

1 2	λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..]) [6,22,52,100,170,266,392]

(cociente xs ys) es el cociente de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..])
     [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..]) [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

(derivada xs) es la derivada de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (derivada [2,4..])
     [4,12,24,40,60,84,112]

1 2	λ> take 7 (derivada [2,4..]) [4,12,24,40,60,84,112]

(integral xs) es la integral de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0))
     [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0)) [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

expx es la serie de la función exponencial. Por ejemplo,

     λ> take 8 expx
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (derivada expx)
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (integral expx)
     [0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 expx

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (derivada expx)

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (integral expx)

[0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

Soluciones

type Serie a = [a] 

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a
opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
producto (x:xs) zs@(y:ys) = 
    x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
cociente (x:xs) (y:ys) = zs 
    where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))  

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational
expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo, 
--    take 7 factoriales  ==  [1,1,2,6,24,120,720]
factoriales :: [Integer]
factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

type Serie a = [a]

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto (x:xs) zs@(y:ys) =

x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente (x:xs) (y:ys) = zs

where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational

expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo,

-- take 7 factoriales == [1,1,2,6,24,120,720]

factoriales :: [Integer]

factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

La sucesión de Sylvester

PorJosé A. Alonso 6-mayo-202013-mayo-2020

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 ()

1 2	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

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
- (graficaSylvester 4 30) dibuja
- (graficaSylvester 5 30) dibuja

Nota: Se puede usar programación dinámica para aumentar la eficiencia.

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

-- Observando que
--    S(n) = 1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2)*S(n-1)
--         = 1 + (1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2))*S(n-1) - S(n-1)
--         = 1 + S(n-1)*S(n-1) - S(n-1)
--         = 1 + S(n-1)^2 - S(n-1)
-- se obtiene la siguiente definición.
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)

-- 5ª solución
-- ===========

sylvester5 :: Integer -> Integer
sylvester5 n = sucSylvester5 `genericIndex` n

sucSylvester5 :: [Integer]
sucSylvester5 = iterate (\x -> (x-1)*x+1) 2 

-- La comparación es
--    λ> length (show (sylvester1 23))
--    1707522
--    (6.03 secs, 4,090,415,704 bytes)
--    λ> length (show (sylvester2 23))
--    1707522
--    (0.33 secs, 109,477,296 bytes)
--    λ> length (show (sylvester3 23))
--    1707522
--    (0.35 secs, 109,395,136 bytes)
--    λ> length (show (sylvester4 23))
--    1707522
--    (0.33 secs, 109,402,440 bytes)
--    λ> length (show (sylvester5 23))
--    1707522
--    (0.30 secs, 108,676,256 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]]

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

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

-- Observando que

-- S(n) = 1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2)*S(n-1)

-- = 1 + (1 + S(0)*S(1)*...*S(n-2))*S(n-1) - S(n-1)

-- = 1 + S(n-1)*S(n-1) - S(n-1)

-- = 1 + S(n-1)^2 - S(n-1)

-- se obtiene la siguiente definición.

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)

-- 5ª solución

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

sylvester5 :: Integer -> Integer

sylvester5 n = sucSylvester5 `genericIndex` n

sucSylvester5 :: [Integer]

sucSylvester5 = iterate (\x -> (x-1)*x+1) 2

-- La comparación es

-- λ> length (show (sylvester1 23))

-- 1707522

-- (6.03 secs, 4,090,415,704 bytes)

-- λ> length (show (sylvester2 23))

-- 1707522

-- (0.33 secs, 109,477,296 bytes)

-- λ> length (show (sylvester3 23))

-- 1707522

-- (0.35 secs, 109,395,136 bytes)

-- λ> length (show (sylvester4 23))

-- 1707522

-- (0.33 secs, 109,402,440 bytes)

-- λ> length (show (sylvester5 23))

-- 1707522

-- (0.30 secs, 108,676,256 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]]

Suma de segmentos iniciales

PorJosé A. Alonso 20-abril-20203-mayo-2020

Los segmentos iniciales de [3,1,2,5] son [3], [3,1], [3,1,2] y [3,1,2,5]. Sus sumas son 3, 4, 6 y 9, respectivamente. La suma de dichas sumas es 24.

Definir la función

   sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

1	sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

tal que (sumaSegmentosIniciales xs) es la suma de las sumas de los segmentos iniciales de xs. Por ejemplo,

   sumaSegmentosIniciales [3,1,2,5]     ==  24
   sumaSegmentosIniciales [1..3*10^6]  ==  4500004500001000000

1 2	sumaSegmentosIniciales [3,1,2,5] == 24 sumaSegmentosIniciales [1..3*10^6] == 4500004500001000000

Comprobar con QuickCheck que la suma de las sumas de los segmentos iniciales de la lista formada por n veces el número uno es el n-ésimo número triangular; es decir que

   sumaSegmentosIniciales (genericReplicate n 1)

1	sumaSegmentosIniciales (genericReplicate n 1)

es igual a

   n * (n + 1) `div` 2

1	n * (n + 1) `div` 2

Soluciones

import Data.List (genericLength, genericReplicate)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer
sumaSegmentosIniciales xs =
  sum [sum (take k xs) | k <- [1.. length xs]]

-- 2ª solución
-- ===========

sumaSegmentosIniciales2 :: [Integer] -> Integer
sumaSegmentosIniciales2 xs =
  sum (zipWith (*) [n,n-1..1] xs)
  where n = genericLength xs

-- 3ª solución
-- ===========

sumaSegmentosIniciales3 :: [Integer] -> Integer
sumaSegmentosIniciales3 xs =
  sum (scanl1 (+) xs)

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

-- La propiedad es
prop_sumaSegmentosInicialesEquiv :: [Integer] -> Bool
prop_sumaSegmentosInicialesEquiv xs =
  all (== sumaSegmentosIniciales xs) [f xs | f <- [ sumaSegmentosIniciales2
                                                  , sumaSegmentosIniciales3]]

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

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

--   λ> sumaSegmentosIniciales [1..10^4]
--   166716670000
--   (2.42 secs, 7,377,926,824 bytes)
--   λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..10^4]
--   166716670000
--   (0.01 secs, 4,855,176 bytes)
--   
--   λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..3*10^6]
--   4500004500001000000
--   (2.68 secs, 1,424,404,168 bytes)
--   λ> sumaSegmentosIniciales3 [1..3*10^6]
--   4500004500001000000
--   (1.54 secs, 943,500,384 bytes)

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

-- La propiedad es
prop_sumaSegmentosIniciales :: Positive Integer -> Bool
prop_sumaSegmentosIniciales (Positive n) =
  sumaSegmentosIniciales3 (genericReplicate n 1) ==
  n * (n + 1) `div` 2

-- La compronación es
--   λ> quickCheck prop_sumaSegmentosIniciales
--   +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (genericLength, genericReplicate)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales xs =

sum [sum (take k xs) | k <- [1.. length xs]]

-- 2ª solución

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

sumaSegmentosIniciales2 :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales2 xs =

sum (zipWith (*) [n,n-1..1] xs)

where n = genericLength xs

-- 3ª solución

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

sumaSegmentosIniciales3 :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales3 xs =

sum (scanl1 (+) xs)

-- Comprobación de la equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_sumaSegmentosInicialesEquiv :: [Integer] -> Bool

prop_sumaSegmentosInicialesEquiv xs =

all (== sumaSegmentosIniciales xs) [f xs | f <- [ sumaSegmentosIniciales2

, sumaSegmentosIniciales3]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumaSegmentosInicialesEquiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sumaSegmentosIniciales [1..10^4]

-- 166716670000

-- (2.42 secs, 7,377,926,824 bytes)

-- λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..10^4]

-- 166716670000

-- (0.01 secs, 4,855,176 bytes)

-- λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..3*10^6]

-- 4500004500001000000

-- (2.68 secs, 1,424,404,168 bytes)

-- λ> sumaSegmentosIniciales3 [1..3*10^6]

-- 4500004500001000000

-- (1.54 secs, 943,500,384 bytes)

-- Comprobación de la propiedad

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

-- La propiedad es

prop_sumaSegmentosIniciales :: Positive Integer -> Bool

prop_sumaSegmentosIniciales (Positive n) =

sumaSegmentosIniciales3 (genericReplicate n 1) ==

n * (n + 1) `div` 2

-- La compronación es

-- λ> quickCheck prop_sumaSegmentosIniciales

-- +++ OK, passed 100 tests.

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>

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

PorJosé A. Alonso 7-abril-202026-marzo-2022

La fórmula de Gregory-Leibniz para calcular pi es

y la de Beeler es

Definir las funciones

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

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

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

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

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]]

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>

Cálculo de pi con el producto de Wallis

PorJosé A. Alonso 6-abril-202013-abril-2020

El producto de Wallis es una expresión, descubierta por John Wallis en 1655, para representar el valor de π y que establece que:

    π     2     2     4     4     6     6     8     8
   --- = --- · --- · --- · --- · --- · --- · --- · --- ···
    2     1     3     3     5     5     7     7     9

π 2 2 4 4 6 6 8 8

--- = --- · --- · --- · --- · --- · --- · --- · --- ···

2 1 3 3 5 5 7 7 9

Definir las funciones

   factoresWallis  :: [Rational]
   productosWallis :: [Rational]
   aproximacionPi  :: Int -> Double
   errorPi         :: Double -> Int

factoresWallis :: [Rational]

productosWallis :: [Rational]

aproximacionPi :: Int -> Double

errorPi :: Double -> Int

tales que

factoresWallis es la sucesión de los factores del productos de Wallis. Por ejemplo,

     λ> take 10 factoresWallis
     [2 % 1,2 % 3,4 % 3,4 % 5,6 % 5,6 % 7,8 % 7,8 % 9,10 % 9,10 % 11]

1 2	λ> take 10 factoresWallis [2 % 1,2 % 3,4 % 3,4 % 5,6 % 5,6 % 7,8 % 7,8 % 9,10 % 9,10 % 11]

productosWallis es la sucesión de los productos de los primeros factores de Wallis. Por ejemplo,

     λ> take 7 productosWallis
     [2 % 1,4 % 3,16 % 9,64 % 45,128 % 75,256 % 175,2048 % 1225]

1 2	λ> take 7 productosWallis [2 % 1,4 % 3,16 % 9,64 % 45,128 % 75,256 % 175,2048 % 1225]

(aproximacionPi n) es la aproximación de pi obtenida multiplicando los n primeros factores de Wallis. Por ejemplo,

     aproximacionPi 20     ==  3.2137849402931895
     aproximacionPi 200    ==  3.1493784731686008
     aproximacionPi 2000   ==  3.142377365093878
     aproximacionPi 20000  ==  3.141671186534396

aproximacionPi 20 == 3.2137849402931895

aproximacionPi 200 == 3.1493784731686008

aproximacionPi 2000 == 3.142377365093878

aproximacionPi 20000 == 3.141671186534396

(errorPi x) es el menor número de factores de Wallis necesarios para obtener pi con un error menor que x. Por ejemplo,

     errorPi 0.1     ==  14
     errorPi 0.01    ==  155
     errorPi 0.001   ==  1569
     errorPi 0.0001  ==  15707

errorPi 0.1 == 14

errorPi 0.01 == 155

errorPi 0.001 == 1569

errorPi 0.0001 == 15707

Soluciones

import Data.Ratio

factoresWallis :: [Rational]
factoresWallis =
  concat [[y%(y-1),  y%(y+1)] | x <- [1..], let y = 2*x]

productosWallis :: [Rational]
productosWallis = scanl1 (*) factoresWallis

aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n =
  fromRational (2 * productosWallis !! n)

errorPi :: Double -> Int
errorPi x = head [n | n <- [1..]
                    , abs (pi - aproximacionPi n) < x]

-- 2ª definición de errorPi
errorPi2 :: Double -> Int
errorPi2 x =
  length (takeWhile (>=x) [abs (pi - 2 * fromRational y)
                          | y <- productosWallis])

-- 2ª definición de aproximacionPi
aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 n =
  2 * productosWallis2 !! n

productosWallis2 :: [Double]
productosWallis2 = scanl1 (*) factoresWallis2

factoresWallis2 :: [Double]
factoresWallis2 =
  concat [[y/(y-1),  y/(y+1)] | x <- [1..], let y = 2*x]

-- 3ª definición de errorPi
errorPi3 :: Double -> Int
errorPi3 x = head [n | n <- [1..]
                     , abs (pi - aproximacionPi2 n) < x]

-- Comparación de eficiencia
--    λ> errorPi 0.001
--    1569
--    (0.82 secs, 374,495,816 bytes)
--
--    λ> errorPi2 0.001
--    1569
--    (0.79 secs, 369,282,320 bytes)
--
--    λ> errorPi3 0.001
--    1569
--    (0.04 secs, 0 bytes)

import Data.Ratio

factoresWallis :: [Rational]

factoresWallis =

concat [[y%(y-1), y%(y+1)] | x <- [1..], let y = 2*x]

productosWallis :: [Rational]

productosWallis = scanl1 (*) factoresWallis

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n =

fromRational (2 * productosWallis !! n)

errorPi :: Double -> Int

errorPi x = head [n | n <- [1..]

, abs (pi - aproximacionPi n) < x]

-- 2ª definición de errorPi

errorPi2 :: Double -> Int

errorPi2 x =

length (takeWhile (>=x) [abs (pi - 2 * fromRational y)

| y <- productosWallis])

-- 2ª definición de aproximacionPi

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 n =

2 * productosWallis2 !! n

productosWallis2 :: [Double]

productosWallis2 = scanl1 (*) factoresWallis2

factoresWallis2 :: [Double]

factoresWallis2 =

concat [[y/(y-1), y/(y+1)] | x <- [1..], let y = 2*x]

-- 3ª definición de errorPi

errorPi3 :: Double -> Int

errorPi3 x = head [n | n <- [1..]

, abs (pi - aproximacionPi2 n) < x]

-- Comparación de eficiencia

-- λ> errorPi 0.001

-- 1569

-- (0.82 secs, 374,495,816 bytes)

-- λ> errorPi2 0.001

-- 1569

-- (0.79 secs, 369,282,320 bytes)

-- λ> errorPi3 0.001

-- 1569

-- (0.04 secs, 0 bytes)

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

«¿Por qué son hermosos los números? Es como preguntar por qué es bella la Novena Sinfonía de Beethoven. Si no ves por qué, alguien no puede decírtelo. Yo sé que los números son hermosos. Si no son hermosos, nada lo es.»

Paul Erdös.

Números como sumas de primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 27-marzo-20206-abril-2020

En el artículo Integers as a sum of consecutive primes in 2,3,4,.. ways se presentan números que se pueden escribir como sumas de primos consecutivos de varias formas. Por ejemplo, el 41 se puede escribir de dos formas distintas

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

1 2	41 = 2 + 3 + 5 + 7 + 11 + 13 41 = 11 + 13 + 17

el 240 se puede escribir de tres formas

   240 =  17 +  19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43
   240 =  53 +  59 + 61 + 67
   240 = 113 + 127

240 = 17 + 19 + 23 + 29 + 31 + 37 + 41 + 43

240 = 53 + 59 + 61 + 67

240 = 113 + 127

y el 311 se puede escribir de 4 formas

   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 = 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

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 dos o más números primos consecutivos. Por ejemplo,

   ghci> sumas 41
   [[2,3,5,7,11,13],[11,13,17]]
   ghci> sumas 240
   [[17,19,23,29,31,37,41,43],[53,59,61,67],[113,127]]
   ghci> 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]]
   ghci> maximum [length (sumas n) | n <- [1..600]]
   4

ghci> sumas 41

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

ghci> sumas 240

[[17,19,23,29,31,37,41,43],[53,59,61,67],[113,127]]

ghci> 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]]

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

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)

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)

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)

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

«El desarrollo de las matemáticas hacia una mayor precisión ha llevado, como es bien sabido, a la formalización de grandes partes de las mismas, de modo que se puede probar cualquier teorema usando nada más que unas pocas reglas mecánicas.»

Kurt Gödel.

Cálculo de pi mediante el método de Newton

PorJosé A. Alonso 18-marzo-202025-marzo-2020

El método de Newton para el cálculo de pi se basa en la relación

y en el desarrollo del arco seno

de donde se obtiene la fórmula

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

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 ()

1 2	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

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

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]

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.

Cálculo de pi mediante la serie de Nilakantha

PorJosé A. Alonso 12-marzo-202025-marzo-2022

Una serie infinita para el cálculo de pi, publicada por Nilakantha en el siglo XV, es

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   tabla          :: FilePath -> [Int] -> IO ()

1 2	aproximacionPi :: Int -> Double tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tales que

(aproximacionPi n) es la n-ésima aproximación de pi obtenido sumando los n primeros términos de la serie de Nilakantha. Por ejemplo,

     aproximacionPi 0        ==  3.0
     aproximacionPi 1        ==  3.1666666666666665
     aproximacionPi 2        ==  3.1333333333333333
     aproximacionPi 3        ==  3.145238095238095
     aproximacionPi 4        ==  3.1396825396825396
     aproximacionPi 5        ==  3.1427128427128426
     aproximacionPi 10       ==  3.1414067184965018
     aproximacionPi 100      ==  3.1415924109719824
     aproximacionPi 1000     ==  3.141592653340544
     aproximacionPi 10000    ==  3.141592653589538
     aproximacionPi 100000   ==  3.1415926535897865
     aproximacionPi 1000000  ==  3.141592653589787
     pi                      ==  3.141592653589793

aproximacionPi 0 == 3.0

aproximacionPi 1 == 3.1666666666666665

aproximacionPi 2 == 3.1333333333333333

aproximacionPi 3 == 3.145238095238095

aproximacionPi 4 == 3.1396825396825396

aproximacionPi 5 == 3.1427128427128426

aproximacionPi 10 == 3.1414067184965018

aproximacionPi 100 == 3.1415924109719824

aproximacionPi 1000 == 3.141592653340544

aproximacionPi 10000 == 3.141592653589538

aproximacionPi 100000 == 3.1415926535897865

aproximacionPi 1000000 == 3.141592653589787

pi == 3.141592653589793

(tabla f ns) escribe en el fichero f las n-ésimas aproximaciones de pi, donde n toma los valores de la lista ns, junto con sus errores. Por ejemplo, al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|   10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |
|   20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |
|   30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |
|   40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |
|   50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |
|   60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |
|   70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |
|   80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |
|   90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |
|  100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |

| 20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |

| 30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |

| 40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |

| 50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |

| 60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |

| 70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |

| 80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |

| 90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |

| 100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |

+------+----------------+----------------+

al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|  500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |
| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |
| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |
| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |
| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |
| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |
| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |
| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |
| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |
| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |

| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |

| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |

| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |

| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |

| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |

| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |

| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |

| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |

| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |

+------+----------------+----------------+

Soluciones

import Text.Printf

-- 1ª solución
-- ===========

aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]
serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]
terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores
  where numeradores   = 3 : cycle [4,-4]
        denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

-- 2ª solución
-- ===========

aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 = aux 3 2 1
  where aux x _ _ 0 = x
        aux x y z m =
          aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

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

--    λ> aproximacionPi (2*10^5)
--    3.141592653589787
--    (0.82 secs, 145,964,728 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (2*10^5)
--    3.141592653589787
--    (2.27 secs, 432,463,496 bytes)
--    λ> aproximacionPi (3*10^5)
--    3.141592653589787
--    (0.34 secs, 73,056,488 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (3*10^5)
--    3.141592653589787
--    (3.24 secs, 648,603,824 bytes)

-- Definicioń de tabla
-- ===================

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()
tabla f ns = do
  writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String
tablaAux ns =
     linea
  ++ cabecera
  ++ linea
  ++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e
            | n <- ns
            , let a = aproximacionPi n
            , let e = abs (pi - a)]
  ++ linea

linea :: String
linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String
cabecera = "| n    | Aproximación   | Error          |\n"

import Text.Printf

-- 1ª solución

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

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]

serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]

terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores

where numeradores = 3 : cycle [4,-4]

denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

-- 2ª solución

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

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 = aux 3 2 1

where aux x _ _ 0 = x

aux x y z m =

aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> aproximacionPi (2*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (0.82 secs, 145,964,728 bytes)

-- λ> aproximacionPi2 (2*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (2.27 secs, 432,463,496 bytes)

-- λ> aproximacionPi (3*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (0.34 secs, 73,056,488 bytes)

-- λ> aproximacionPi2 (3*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (3.24 secs, 648,603,824 bytes)

-- Definicioń de tabla

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

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tabla f ns = do

writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String

tablaAux ns =

linea

++ cabecera

++ linea

++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e

| n <- ns

, let a = aproximacionPi n

, let e = abs (pi - a)]

++ linea

linea :: String

linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String

cabecera = "| n | Aproximación | Error |\n"

Acotación del primorial

PorJosé A. Alonso 31-enero-20207-febrero-2020

El primorial de un número natural n es el producto de todos los números primos menores o iguales a n. Por ejemplo, el primorial de 5 es 30 porque el producto de los primos menores o iguales que 5 es

   2 * 3 * 5 = 30

1	2 * 3 * 5 = 30

La propiedad de Erdös de acotación de los primoriales afirma que

Para todo número natural n, su primorial es menor o igual que 4ⁿ.

Definir las funciones

   primorial :: Integer -> Integer
   primoriales :: [Integer]

1 2	primorial :: Integer -> Integer primoriales :: [Integer]

tales que

(primorial n) es el primorial de n. Por ejemplo,

     primorial 3  ==  6
     primorial 5  ==  30
     primorial 8  ==  210

primorial 3 == 6

primorial 5 == 30

primorial 8 == 210

primoriales es la sucesión de los primoriales. Por ejemplo,

   λ> take 15 primoriales
   [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

1 2	λ> take 15 primoriales [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

Comprobar con QuickCheck la propiedad de Erdös de acotación de los primoriales.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de primorial
-- ==========================

primorial :: Integer -> Integer
primorial n = product (takeWhile (<= n) primes)

-- 2ª definición de primorial
-- ==========================

primorial2 :: Integer -> Integer
primorial2 0 = 1
primorial2 n | gcd n x == 1 = n*x
             | otherwise    = x
  where x = primorial2 (n-1)

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

--    λ> length (show (primorial (5*10^5)))
--    216852
--    (1.65 secs, 2,472,977,584 bytes)
--    λ> length (show (primorial2 (5*10^5)))
--    216852
--    (3.56 secs, 2,719,162,272 bytes)

-- 1ª definición de primoriales
-- ============================

--    λ> take 15 primoriales
--    [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]
primoriales :: [Integer]
primoriales = map primorial [0..]

-- 2ª definición de primoriales
-- ============================

--    λ> take 15 primoriales2
--    [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]
primoriales2 :: [Integer]
primoriales2 = map primorial2 [0..]

-- 3ª definición de primoriales
-- ============================

--    λ> take 15 primoriales3
--    [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]
primoriales3 :: [Integer]
primoriales3 = scanl1 f [1..]
  where f x n | gcd n x == 1 = n*x
              | otherwise    = x

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

--    λ> minimum (take 5000 primoriales)
--    1
--    (1.56 secs, 4,857,760,464 bytes)
--    λ> minimum (take 5000 primoriales2)
--    1
--    (9.39 secs, 10,942,848,240 bytes)
--    λ> minimum (take 5000 primoriales3)
--    1
--    (0.01 secs, 5,575,024 bytes)
--    
--    λ> minimum (take 6000 primoriales)
--    1
--    (2.22 secs, 7,013,937,248 bytes)
--    λ> minimum (take 6000 primoriales3)
--    1
--    (0.01 secs, 6,737,328 bytes)

-- Propiedad
-- =========

prop_primorial :: Integer -> Property
prop_primorial n =
  n >= 0 ==> primorial n <= 4^n

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

import Data.Numbers.Primes

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de primorial

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

primorial :: Integer -> Integer

primorial n = product (takeWhile (<= n) primes)

-- 2ª definición de primorial

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

primorial2 :: Integer -> Integer

primorial2 0 = 1

primorial2 n | gcd n x == 1 = n*x

| otherwise = x

where x = primorial2 (n-1)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (show (primorial (5*10^5)))

-- 216852

-- (1.65 secs, 2,472,977,584 bytes)

-- λ> length (show (primorial2 (5*10^5)))

-- 216852

-- (3.56 secs, 2,719,162,272 bytes)

-- 1ª definición de primoriales

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

-- λ> take 15 primoriales

-- [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

primoriales :: [Integer]

primoriales = map primorial [0..]

-- 2ª definición de primoriales

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

-- λ> take 15 primoriales2

-- [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

primoriales2 :: [Integer]

primoriales2 = map primorial2 [0..]

-- 3ª definición de primoriales

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

-- λ> take 15 primoriales3

-- [1,1,2,6,6,30,30,210,210,210,210,2310,2310,30030,30030]

primoriales3 :: [Integer]

primoriales3 = scanl1 f [1..]

where f x n | gcd n x == 1 = n*x

| otherwise = x

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> minimum (take 5000 primoriales)

-- 1

-- (1.56 secs, 4,857,760,464 bytes)

-- λ> minimum (take 5000 primoriales2)

-- 1

-- (9.39 secs, 10,942,848,240 bytes)

-- λ> minimum (take 5000 primoriales3)

-- 1

-- (0.01 secs, 5,575,024 bytes)

-- λ> minimum (take 6000 primoriales)

-- 1

-- (2.22 secs, 7,013,937,248 bytes)

-- λ> minimum (take 6000 primoriales3)

-- 1

-- (0.01 secs, 6,737,328 bytes)

-- Propiedad

-- =========

prop_primorial :: Integer -> Property

prop_primorial n =

n >= 0 ==> primorial n <= 4^n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_primorial

-- +++ OK, passed 100 tests.

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

«Las matemáticas son la reina de las ciencias y la teoría de los números es la reina de las matemáticas.»

Carl Friedrich Gauss.

Transformaciones lineales de números triangulares

PorJosé A. Alonso 4-diciembre-201911-diciembre-2019

La sucesión de los números triangulares se obtiene sumando los números naturales. Así, los 8 primeros números triangulares son

    1 = 1
    3 = 1+2
    6 = 1+2+3
   10 = 1+2+3+4
   15 = 1+2+3+4+5
   21 = 1+2+3+4+5+6
   28 = 1+2+3+4+5+6+7
   36 = 1+2+3+4+5+6+7+8

1 = 1

3 = 1+2

6 = 1+2+3

10 = 1+2+3+4

15 = 1+2+3+4+5

21 = 1+2+3+4+5+6

28 = 1+2+3+4+5+6+7

36 = 1+2+3+4+5+6+7+8

Para cada número triangular n existen números naturales a y b, tales que a . n + b también es triangular. Para n = 6, se tiene que

    6 = 1 * 6 + 0
   15 = 2 * 6 + 3
   21 = 3 * 6 + 3
   28 = 4 * 6 + 4
   36 = 5 * 6 + 6

6 = 1 * 6 + 0

15 = 2 * 6 + 3

21 = 3 * 6 + 3

28 = 4 * 6 + 4

36 = 5 * 6 + 6

son números triangulares

Definir la función

   transformaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]

1	transformaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]

tal que si n es triangular, (transformaciones n) es la lista de los pares (a,b) tales que a es un entero positivo y b el menor número tal que a . n + b es triangular. Por ejemplo,

   take 5 (transformaciones 6)  == [(1,0),(2,3),(3,3),(4,4),(5,6)]
   take 5 (transformaciones 15) == [(1,0),(2,6),(3,10),(4,6),(5,3)]
   transformaciones 21 !! (7*10^7) == (70000001,39732)

take 5 (transformaciones 6) == [(1,0),(2,3),(3,3),(4,4),(5,6)]

take 5 (transformaciones 15) == [(1,0),(2,6),(3,10),(4,6),(5,3)]

transformaciones 21 !! (7*10^7) == (70000001,39732)

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

transformaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
transformaciones n = (1,0) : [(a, f a) | a <- [2..]]
  where f a = head (dropWhile (<= a*n) triangulares) - a*n

-- triangulares es la lista de los números triangulares. Por ejemplo,  
--    take 5 triangulares == [1,3,6,10,15]
triangulares :: [Integer]
triangulares = scanl1 (+) [1..]

-- 2ª solución
-- ===========

transformaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
transformaciones2 n = (1,0): map g [2..]
  where g a = (a, head (dropWhile (<= a*n) triangulares) - a*n)

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

--    λ> transformaciones 21 !! (2*10^7)
--    (20000001,21615)
--    (3.02 secs, 4,320,111,544 bytes)
--    λ> transformaciones2 21 !! (2*10^7)
--    (20000001,21615)
--    (0.44 secs, 3,200,112,320 bytes)
--
--    λ> transformaciones2 21 !! (7*10^7)
--    (70000001,39732)
--    (1.41 secs, 11,200,885,336 bytes)

-- 1ª solución

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

transformaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]

transformaciones n = (1,0) : [(a, f a) | a <- [2..]]

where f a = head (dropWhile (<= a*n) triangulares) - a*n

-- triangulares es la lista de los números triangulares. Por ejemplo,

-- take 5 triangulares == [1,3,6,10,15]

triangulares :: [Integer]

triangulares = scanl1 (+) [1..]

-- 2ª solución

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

transformaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

transformaciones2 n = (1,0): map g [2..]

where g a = (a, head (dropWhile (<= a*n) triangulares) - a*n)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> transformaciones 21 !! (2*10^7)

-- (20000001,21615)

-- (3.02 secs, 4,320,111,544 bytes)

-- λ> transformaciones2 21 !! (2*10^7)

-- (20000001,21615)

-- (0.44 secs, 3,200,112,320 bytes)

-- λ> transformaciones2 21 !! (7*10^7)

-- (70000001,39732)

-- (1.41 secs, 11,200,885,336 bytes)

Pensamiento

A la hora del rocío,
de la niebla salen
sierra blanca y prado verde.
¡El sol en los encinares!

Antonio Machado

Menor número triangular con más de n divisores

PorJosé A. Alonso 27-noviembre-20194-diciembre-2019

La sucesión de los números triangulares se obtiene sumando los números naturales.

   *     *      *        *         *   
        * *    * *      * *       * *  
              * * *    * * *     * * * 
                      * * * *   * * * *
                               * * * * * 
   1     3      6        10        15

* * * * *

* * * * * * * *

* * * * * * * * *

* * * * * * * *

* * * * *

1 3 6 10 15

Así, el 7º número triangular es

   1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 = 28.

1	1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 = 28.

Los primeros 10 números triangulares son

   1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45, 55, ...

1	1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45, 55, ...

Los divisores de los primeros 7 números triangulares son:

    1: 1
    3: 1,3
    6: 1,2,3,6
   10: 1,2,5,10
   15: 1,3,5,15
   21: 1,3,7,21
   28: 1,2,4,7,14,28

1: 1

3: 1,3

6: 1,2,3,6

10: 1,2,5,10

15: 1,3,5,15

21: 1,3,7,21

28: 1,2,4,7,14,28

Como se puede observar, 28 es el menor número triangular con más de 5 divisores.

Definir la función

   menorTriangularConAlMenosNDivisores :: Int -> Integer

1	menorTriangularConAlMenosNDivisores :: Int -> Integer

tal que (menorTriangularConAlMenosNDivisores n) es el menor número triangular que tiene al menos n divisores. Por ejemplo,

   menorTriangularConAlMenosNDivisores 5    ==  28
   menorTriangularConAlMenosNDivisores 50   ==  25200
   menorTriangularConAlMenosNDivisores 500  ==  76576500

menorTriangularConAlMenosNDivisores 5 == 28

menorTriangularConAlMenosNDivisores 50 == 25200

menorTriangularConAlMenosNDivisores 500 == 76576500

Nota: Este ejercicio está basado en el problema 12 del Proyecto Euler

Soluciones

import Data.List (group)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

menorTriangularConAlMenosNDivisores :: Int -> Integer
menorTriangularConAlMenosNDivisores n = 
  head [x | x <- triangulares, nDivisores x >= n]

-- Nota: Se usarán las funciones
-- + triangulares definida en [Números triangulares](http://bit.ly/2rtr6a3) y
-- + nDivisores definida en [Número de divisores](http://bit.ly/2DgVh74)

-- triangulares es la sucesión de los números triangulares. Por ejemplo,
--    take 10 triangulares  ==  [1,3,6,10,15,21,28,36,45,55]
triangulares :: [Integer]
triangulares = scanl1 (+) [1..]

-- (nDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,
--    nDivisores 28  ==  6
nDivisores :: Integer -> Int
nDivisores = product . map ((+1) . length) . group . primeFactors

import Data.List (group)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

menorTriangularConAlMenosNDivisores :: Int -> Integer

menorTriangularConAlMenosNDivisores n =

head [x | x <- triangulares, nDivisores x >= n]

-- Nota: Se usarán las funciones

-- + triangulares definida en [Números triangulares](http://bit.ly/2rtr6a3) y

-- + nDivisores definida en [Número de divisores](http://bit.ly/2DgVh74)

-- triangulares es la sucesión de los números triangulares. Por ejemplo,

-- take 10 triangulares == [1,3,6,10,15,21,28,36,45,55]

triangulares :: [Integer]

triangulares = scanl1 (+) [1..]

-- (nDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

-- nDivisores 28 == 6

nDivisores :: Integer -> Int

nDivisores = product . map ((+1) . length) . group . primeFactors

Pensamiento

«La Matemática es una ciencia experimental y la computación es el experimento.» ~ Rivin

Números triangulares

PorJosé A. Alonso 25-noviembre-201925-marzo-2022

La sucesión de los números triangulares se obtiene sumando los números naturales.

   *     *      *        *         *   
        * *    * *      * *       * *  
              * * *    * * *     * * * 
                      * * * *   * * * *
                               * * * * * 
   1     3      6        10        15

* * * * *

* * * * * * * *

* * * * * * * * *

* * * * * * * *

* * * * *

1 3 6 10 15

Así, los 5 primeros números triangulares son

    1 = 1
    3 = 1+2
    6 = 1+2+3
   10 = 1+2+3+4
   15 = 1+2+3+4+5

1 = 1

3 = 1+2

6 = 1+2+3

10 = 1+2+3+4

15 = 1+2+3+4+5

Definir la función

   triangulares :: [Integer]

1	triangulares :: [Integer]

tal que triangulares es la lista de los números triangulares. Por ejemplo,

   take 10 triangulares  ==  [1,3,6,10,15,21,28,36,45,55]
   maximum (take (5*10^6) triangulares4)  ==  12500002500000

1 2	take 10 triangulares == [1,3,6,10,15,21,28,36,45,55] maximum (take (5*10^6) triangulares4) == 12500002500000

Comprobar con QuickCheck que entre dos números triangulares consecutivos siempre hay un número primo.

Soluciones

import Test.QuickCheck (Property, (==>), quickCheck)
import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución
-- ===========

triangulares :: [Integer]
triangulares = [sum [1..n] | n <- [1..]]

-- 2ª solución
-- ===========

triangulares2 :: [Integer]
triangulares2 = map triangular [1..]

-- (triangular n) es el n-ésimo número triangular. Por ejemplo, 
--    triangular 5  ==  15
triangular :: Integer -> Integer
triangular 1 = 1
triangular n = n + triangular (n-1)

-- 3ª solución
-- ===========

triangulares3 :: [Integer]
triangulares3 = 1 : [x+y | (x,y) <- zip [2..] triangulares]

-- 4ª solución
-- ===========

triangulares4 :: [Integer]
triangulares4 = scanl1 (+) [1..]

-- 5ª solución
-- ===========

triangulares5 :: [Integer]
triangulares5 = [(n*(n+1)) `div` 2 | n <- [1..]]

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

--    λ> maximum (take (10^4) triangulares)
--    50005000
--    (2.10 secs, 8,057,774,104 bytes)
--    λ> maximum (take (10^4) triangulares2)
--    50005000
--    (18.89 secs, 12,142,690,784 bytes)
--    λ> maximum (take (10^4) triangulares3)
--    50005000
--    (0.01 secs, 4,600,976 bytes)
--    λ> maximum (take (10^4) triangulares4)
--    50005000
--    (0.01 secs, 3,643,192 bytes)
--    λ> maximum (take (10^4) triangulares5)
--    50005000
--    (0.02 secs, 5,161,464 bytes)
--    
--    λ> maximum (take (3*10^4) triangulares3)
--    450015000
--    (26.06 secs, 72,546,027,136 bytes)
--    λ> maximum (take (3*10^4) triangulares4)
--    450015000
--    (0.02 secs, 10,711,600 bytes)
--    λ> maximum (take (3*10^4) triangulares5)
--    450015000
--    (0.03 secs, 15,272,320 bytes)
--    
--    λ> maximum (take (5*10^6) triangulares4)
--    12500002500000
--    (1.67 secs, 1,772,410,336 bytes)
--    λ> maximum (take (5*10^6) triangulares5)
--    12500002500000
--    (4.09 secs, 2,532,407,720 bytes)

-- La propiedad es
prop_triangulares :: Int -> Property
prop_triangulares n =
  n >= 0 ==> siguientePrimo x < y
  where (x:y:_) = drop n triangulares4

-- (siguientePrimo n) es el menor primo mayor o igual que n. Por
-- ejemplo, 
--    siguientePrimo 14  ==  17
--    siguientePrimo 17  ==  17
siguientePrimo :: Integer -> Integer
siguientePrimo n = head (dropWhile (< n) primes)

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

import Test.QuickCheck (Property, (==>), quickCheck)

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución

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

triangulares :: [Integer]

triangulares = [sum [1..n] | n <- [1..]]

-- 2ª solución

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

triangulares2 :: [Integer]

triangulares2 = map triangular [1..]

-- (triangular n) es el n-ésimo número triangular. Por ejemplo,

-- triangular 5 == 15

triangular :: Integer -> Integer

triangular 1 = 1

triangular n = n + triangular (n-1)

-- 3ª solución

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

triangulares3 :: [Integer]

triangulares3 = 1 : [x+y | (x,y) <- zip [2..] triangulares]

-- 4ª solución

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

triangulares4 :: [Integer]

triangulares4 = scanl1 (+) [1..]

-- 5ª solución

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

triangulares5 :: [Integer]

triangulares5 = [(n*(n+1)) `div` 2 | n <- [1..]]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> maximum (take (10^4) triangulares)

-- 50005000

-- (2.10 secs, 8,057,774,104 bytes)

-- λ> maximum (take (10^4) triangulares2)

-- 50005000

-- (18.89 secs, 12,142,690,784 bytes)

-- λ> maximum (take (10^4) triangulares3)

-- 50005000

-- (0.01 secs, 4,600,976 bytes)

-- λ> maximum (take (10^4) triangulares4)

-- 50005000

-- (0.01 secs, 3,643,192 bytes)

-- λ> maximum (take (10^4) triangulares5)

-- 50005000

-- (0.02 secs, 5,161,464 bytes)

-- λ> maximum (take (3*10^4) triangulares3)

-- 450015000

-- (26.06 secs, 72,546,027,136 bytes)

-- λ> maximum (take (3*10^4) triangulares4)

-- 450015000

-- (0.02 secs, 10,711,600 bytes)

-- λ> maximum (take (3*10^4) triangulares5)

-- 450015000

-- (0.03 secs, 15,272,320 bytes)

-- λ> maximum (take (5*10^6) triangulares4)

-- 12500002500000

-- (1.67 secs, 1,772,410,336 bytes)

-- λ> maximum (take (5*10^6) triangulares5)

-- 12500002500000

-- (4.09 secs, 2,532,407,720 bytes)

-- La propiedad es

prop_triangulares :: Int -> Property

prop_triangulares n =

n >= 0 ==> siguientePrimo x < y

where (x:y:_) = drop n triangulares4

-- (siguientePrimo n) es el menor primo mayor o igual que n. Por

-- ejemplo,

-- siguientePrimo 14 == 17

-- siguientePrimo 17 == 17

siguientePrimo :: Integer -> Integer

siguientePrimo n = head (dropWhile (< n) primes)

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_triangulares

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Autores, la escena acaba
con un dogma de teatro:
En el principio era la máscara.

Antonio Machado

Operaciones con series de potencias

PorJosé A. Alonso 26-abril-201925-marzo-2022

Una serie de potencias es una serie de la forma

   a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

1	a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

Las series de potencias se pueden representar mediante listas infinitas. Por ejemplo, la serie de la función exponencial es

   e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

1	e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

y se puede representar por [1, 1, 1/2, 1/6, 1/24, 1/120, …]

Las operaciones con series se pueden ver como una generalización de las de los polinomios.

En lo que sigue, usaremos el tipo (Serie a) para representar las series de potencias con coeficientes en a y su definición es

   type Serie a = [a]

1	type Serie a = [a]

Definir las siguientes funciones

   opuesta      :: Num a => Serie a -> Serie a
   suma         :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   resta        :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   producto     :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   cociente     :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   derivada     :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   integral     :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   expx         :: Serie Rational

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

expx :: Serie Rational

tales que

(opuesta xs) es la opuesta de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (opuesta [-6,-4..])
     [6,4,2,0,-2,-4,-6]

1 2	λ> take 7 (opuesta [-6,-4..]) [6,4,2,0,-2,-4,-6]

(suma xs ys) es la suma de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..])
     [3,7,11,15,19,23,27]

1 2	λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..]) [3,7,11,15,19,23,27]

(resta xs ys) es la resta de las series xs es ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])
     [1,1,1,1,1,1,1]
     λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])
     [2,4,6,8,10,12,14]

λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])

[1,1,1,1,1,1,1]

λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])

[2,4,6,8,10,12,14]

(producto xs ys) es el producto de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..])
     [6,22,52,100,170,266,392]

1 2	λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..]) [6,22,52,100,170,266,392]

(cociente xs ys) es el cociente de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..])
     [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..]) [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

(derivada xs) es la derivada de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (derivada [2,4..])
     [4,12,24,40,60,84,112]

1 2	λ> take 7 (derivada [2,4..]) [4,12,24,40,60,84,112]

(integral xs) es la integral de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0))
     [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0)) [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

expx es la serie de la función exponencial. Por ejemplo,

     λ> take 8 expx
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (derivada expx)
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (integral expx)
     [0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 expx

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (derivada expx)

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (integral expx)

[0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

Soluciones

type Serie a = [a] 

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a
opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
producto (x:xs) zs@(y:ys) = 
    x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
cociente (x:xs) (y:ys) = zs 
    where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))  

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational
expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo, 
--    take 7 factoriales  ==  [1,1,2,6,24,120,720]
factoriales :: [Integer]
factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

type Serie a = [a]

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto (x:xs) zs@(y:ys) =

x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente (x:xs) (y:ys) = zs

where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational

expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo,

-- take 7 factoriales == [1,1,2,6,24,120,720]

factoriales :: [Integer]

factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

Pensamiento

Ni mármol duro y eterno,
ni música ni pintura,
sino palabra en el tiempo.

Antonio Machado

Suma de segmentos iniciales

PorJosé A. Alonso 7-marzo-201925-abril-2021

Los segmentos iniciales de [3,1,2,5] son [3], [3,1], [3,1,2] y [3,1,2,5]. Sus sumas son 3, 4, 6 y 9, respectivamente. La suma de dichas sumas es 24.

Definir la función

   sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

1	sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

tal que (sumaSegmentosIniciales xs) es la suma de las sumas de los segmentos iniciales de xs. Por ejemplo,

   sumaSegmentosIniciales [3,1,2,5]     ==  24
   sumaSegmentosIniciales3 [1..3*10^6]  ==  4500004500001000000

1 2	sumaSegmentosIniciales [3,1,2,5] == 24 sumaSegmentosIniciales3 [1..3*10^6] == 4500004500001000000

Comprobar con QuickCheck que la suma de las sumas de los segmentos iniciales de la lista formada por n veces el número uno es el n-ésimo número triangular; es decir que

   sumaSegmentosIniciales (genericReplicate n 1)

1	sumaSegmentosIniciales (genericReplicate n 1)

es igual a

   n * (n + 1) `div` 2

1	n * (n + 1) `div` 2

Soluciones

import Data.List (genericLength, genericReplicate)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer
sumaSegmentosIniciales xs =
  sum [sum (take k xs) | k <- [1.. length xs]]

-- 2ª solución
-- ===========

sumaSegmentosIniciales2 :: [Integer] -> Integer
sumaSegmentosIniciales2 xs =
  sum (zipWith (*) [n,n-1..1] xs)
  where n = genericLength xs

-- 3ª solución
-- ===========

sumaSegmentosIniciales3 :: [Integer] -> Integer
sumaSegmentosIniciales3 xs =
  sum (scanl1 (+) xs)

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

-- La propiedad es
prop_sumaSegmentosInicialesEquiv :: [Integer] -> Bool
prop_sumaSegmentosInicialesEquiv xs =
  all (== sumaSegmentosIniciales xs) [f xs | f <- [ sumaSegmentosIniciales2
                                                  , sumaSegmentosIniciales3]]

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

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

--   λ> sumaSegmentosIniciales [1..10^4]
--   166716670000
--   (2.42 secs, 7,377,926,824 bytes)
--   λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..10^4]
--   166716670000
--   (0.01 secs, 4,855,176 bytes)
--   
--   λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..3*10^6]
--   4500004500001000000
--   (2.68 secs, 1,424,404,168 bytes)
--   λ> sumaSegmentosIniciales3 [1..3*10^6]
--   4500004500001000000
--   (1.54 secs, 943,500,384 bytes)

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

-- La propiedad es
prop_sumaSegmentosIniciales :: Positive Integer -> Bool
prop_sumaSegmentosIniciales (Positive n) =
  sumaSegmentosIniciales3 (genericReplicate n 1) ==
  n * (n + 1) `div` 2

-- La compronación es
--   λ> quickCheck prop_sumaSegmentosIniciales
--   +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (genericLength, genericReplicate)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

sumaSegmentosIniciales :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales xs =

sum [sum (take k xs) | k <- [1.. length xs]]

-- 2ª solución

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

sumaSegmentosIniciales2 :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales2 xs =

sum (zipWith (*) [n,n-1..1] xs)

where n = genericLength xs

-- 3ª solución

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

sumaSegmentosIniciales3 :: [Integer] -> Integer

sumaSegmentosIniciales3 xs =

sum (scanl1 (+) xs)

-- Comprobación de la equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_sumaSegmentosInicialesEquiv :: [Integer] -> Bool

prop_sumaSegmentosInicialesEquiv xs =

all (== sumaSegmentosIniciales xs) [f xs | f <- [ sumaSegmentosIniciales2

, sumaSegmentosIniciales3]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumaSegmentosInicialesEquiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sumaSegmentosIniciales [1..10^4]

-- 166716670000

-- (2.42 secs, 7,377,926,824 bytes)

-- λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..10^4]

-- 166716670000

-- (0.01 secs, 4,855,176 bytes)

-- λ> sumaSegmentosIniciales2 [1..3*10^6]

-- 4500004500001000000

-- (2.68 secs, 1,424,404,168 bytes)

-- λ> sumaSegmentosIniciales3 [1..3*10^6]

-- 4500004500001000000

-- (1.54 secs, 943,500,384 bytes)

-- Comprobación de la propiedad

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

-- La propiedad es

prop_sumaSegmentosIniciales :: Positive Integer -> Bool

prop_sumaSegmentosIniciales (Positive n) =

sumaSegmentosIniciales3 (genericReplicate n 1) ==

n * (n + 1) `div` 2

-- La compronación es

-- λ> quickCheck prop_sumaSegmentosIniciales

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Al andar se hace camino,
y al volver la vista atrás
se ve la senda que nunca
se ha de volver a pisar.

Antonio Machado

Cálculo de pi mediante la serie de Nilakantha

PorJosé A. Alonso 13-febrero-201925-marzo-2022

Una serie infinita para el cálculo de pi, publicada por Nilakantha en el siglo XV, es

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   tabla          :: FilePath -> [Int] -> IO ()

1 2	aproximacionPi :: Int -> Double tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tales que

(aproximacionPi n) es la n-ésima aproximación de pi obtenido sumando los n primeros términos de la serie de Nilakantha. Por ejemplo,

     aproximacionPi 0        ==  3.0
     aproximacionPi 1        ==  3.1666666666666665
     aproximacionPi 2        ==  3.1333333333333333
     aproximacionPi 3        ==  3.145238095238095
     aproximacionPi 4        ==  3.1396825396825396
     aproximacionPi 5        ==  3.1427128427128426
     aproximacionPi 10       ==  3.1414067184965018
     aproximacionPi 100      ==  3.1415924109719824
     aproximacionPi 1000     ==  3.141592653340544
     aproximacionPi 10000    ==  3.141592653589538
     aproximacionPi 100000   ==  3.1415926535897865
     aproximacionPi 1000000  ==  3.141592653589787
     pi                      ==  3.141592653589793

aproximacionPi 0 == 3.0

aproximacionPi 1 == 3.1666666666666665

aproximacionPi 2 == 3.1333333333333333

aproximacionPi 3 == 3.145238095238095

aproximacionPi 4 == 3.1396825396825396

aproximacionPi 5 == 3.1427128427128426

aproximacionPi 10 == 3.1414067184965018

aproximacionPi 100 == 3.1415924109719824

aproximacionPi 1000 == 3.141592653340544

aproximacionPi 10000 == 3.141592653589538

aproximacionPi 100000 == 3.1415926535897865

aproximacionPi 1000000 == 3.141592653589787

pi == 3.141592653589793

(tabla f ns) escribe en el fichero f las n-ésimas aproximaciones de pi, donde n toma los valores de la lista ns, junto con sus errores. Por ejemplo, al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|   10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |
|   20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |
|   30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |
|   40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |
|   50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |
|   60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |
|   70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |
|   80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |
|   90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |
|  100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |

| 20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |

| 30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |

| 40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |

| 50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |

| 60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |

| 70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |

| 80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |

| 90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |

| 100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |

+------+----------------+----------------+

al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|  500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |
| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |
| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |
| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |
| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |
| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |
| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |
| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |
| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |
| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |

| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |

| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |

| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |

| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |

| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |

| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |

| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |

| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |

| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |

+------+----------------+----------------+

Soluciones

import Text.Printf

-- 1ª solución
-- ===========

aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]
serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]
terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores
  where numeradores   = 3 : cycle [4,-4]
        denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

-- 2ª solución
-- ===========

aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 = aux 3 2 1
  where aux x _ _ 0 = x
        aux x y z m =
          aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

-- 3ª solución
-- ===========

aproximacionPi3 :: Int -> Double
aproximacionPi3 x =
  3 + sum [(((-1)**(n+1))*4)/(2*n*(2*n+1)*(2*n+2))
          | n <- [1..fromIntegral x]]


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

--    λ> aproximacionPi (10^6)
--    3.141592653589787
--    (1.35 secs, 729,373,160 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (10^6)
--    3.141592653589787
--    (2.96 secs, 2,161,766,096 bytes)
--    λ> aproximacionPi3 (10^6)
--    3.1415926535897913
--    (2.02 secs, 1,121,372,536 bytes)

-- Definicioń de tabla
-- ===================

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()
tabla f ns = writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String
tablaAux ns =
     linea
  ++ cabecera
  ++ linea
  ++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e
            | n <- ns
            , let a = aproximacionPi n
            , let e = abs (pi - a)]
  ++ linea

linea :: String
linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String
cabecera = "| n    | Aproximación   | Error          |\n"

import Text.Printf

-- 1ª solución

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

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]

serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]

terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores

where numeradores = 3 : cycle [4,-4]

denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

-- 2ª solución

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

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 = aux 3 2 1

where aux x _ _ 0 = x

aux x y z m =

aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

-- 3ª solución

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

aproximacionPi3 :: Int -> Double

aproximacionPi3 x =

3 + sum [(((-1)**(n+1))*4)/(2*n*(2*n+1)*(2*n+2))

| n <- [1..fromIntegral x]]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> aproximacionPi (10^6)

-- 3.141592653589787

-- (1.35 secs, 729,373,160 bytes)

-- λ> aproximacionPi2 (10^6)

-- 3.141592653589787

-- (2.96 secs, 2,161,766,096 bytes)

-- λ> aproximacionPi3 (10^6)

-- 3.1415926535897913

-- (2.02 secs, 1,121,372,536 bytes)

-- Definicioń de tabla

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

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tabla f ns = writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String

tablaAux ns =

linea

++ cabecera

++ linea

++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e

| n <- ns

, let a = aproximacionPi n

, let e = abs (pi - a)]

++ linea

linea :: String

linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String

cabecera = "| n | Aproximación | Error |\n"

Pensamiento

Bueno es saber que los vasos
nos sirven para beber;
lo malo es que no sabemos
para que sirve la sed.

Antonio Machado

Mayor prefijo con suma acotada

PorJosé A. Alonso 11-enero-201918-enero-2019

Definir la función

   mayorPrefijoAcotado :: [Int] -> Int -> [Int]

1	mayorPrefijoAcotado :: [Int] -> Int -> [Int]

tal que (mayorPrefijoAcotado xs y) es el mayor prefijo de la lista de los números enteros positivos xs cuya suma es menor o igual que y. Por ejemplo,

   mayorPrefijoAcotado [45,30,55,20,80,20] 75   ==  [45,30]
   mayorPrefijoAcotado [45,30,55,20,80,20] 140  ==  [45,30,55]
   mayorPrefijoAcotado [45,30,55,20,80,20] 180  ==  [45,30,55,20]
   length (mayorPrefijoAcotado (repeat 1) (8*10^6)) == 8000000

mayorPrefijoAcotado [45,30,55,20,80,20] 75 == [45,30]

mayorPrefijoAcotado [45,30,55,20,80,20] 140 == [45,30,55]

mayorPrefijoAcotado [45,30,55,20,80,20] 180 == [45,30,55,20]

length (mayorPrefijoAcotado (repeat 1) (8*10^6)) == 8000000

Soluciones

import Data.List (inits)

-- 1ª solución
-- ===========

mayorPrefijoAcotado :: [Int] -> Int -> [Int]
mayorPrefijoAcotado [] _     = []
mayorPrefijoAcotado (x:xs) y
  | x > y     = []
  | otherwise = x : mayorPrefijoAcotado xs (y-x)

-- 2ª solución
-- ===========

mayorPrefijoAcotado2 :: [Int] -> Int -> [Int]
mayorPrefijoAcotado2 xs y =
  take (longitudMayorPrefijoAcotado2 xs y) xs

longitudMayorPrefijoAcotado2 :: [Int] -> Int -> Int
longitudMayorPrefijoAcotado2 xs y =
  length (takeWhile (<=y) (map sum (inits xs))) - 1

-- 3ª solución
-- ===========

mayorPrefijoAcotado3 :: [Int] -> Int -> [Int]
mayorPrefijoAcotado3 xs y =
  take (longitudMayorPrefijoAcotado3 xs y) xs

longitudMayorPrefijoAcotado3 :: [Int] -> Int -> Int
longitudMayorPrefijoAcotado3 xs y =
  length (takeWhile (<= y) (scanl1 (+) xs))

-- Equivalencia
-- ============

-- La propiedad es
prop_equiv :: [Int] -> Int -> Bool
prop_equiv xs y =
  mayorPrefijoAcotado xs' y' == mayorPrefijoAcotado2 xs' y' &&
  mayorPrefijoAcotado xs' y' == mayorPrefijoAcotado3 xs' y' 
  where xs' = map abs xs
        y'  = abs y

-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_equiv
--    +++ OK, passed 100 tests.
--    (0.01 secs, 2,463,688 bytes)

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

--    λ> length (mayorPrefijoAcotado (repeat 1) (2*10^4))
--    20000
--    (0.04 secs, 5,086,544 bytes)
--    λ> length (mayorPrefijoAcotado2 (repeat 1) (2*10^4))
--    20000
--    (11.22 secs, 27,083,980,168 bytes)
--    λ> length (mayorPrefijoAcotado3 (repeat 1) (2*10^4))
--    20000
--    (0.02 secs, 4,768,992 bytes)
--    
--    λ> length (mayorPrefijoAcotado (repeat 1) (8*10^6))
--    8000000
--    (3.19 secs, 1,984,129,832 bytes)
--    λ> length (mayorPrefijoAcotado3 (repeat 1) (8*10^6))
--    8000000
--    (1.02 secs, 1,856,130,936 bytes)

import Data.List (inits)

-- 1ª solución

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

mayorPrefijoAcotado :: [Int] -> Int -> [Int]

mayorPrefijoAcotado [] _ = []

mayorPrefijoAcotado (x:xs) y

| x > y = []

| otherwise = x : mayorPrefijoAcotado xs (y-x)

-- 2ª solución

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

mayorPrefijoAcotado2 :: [Int] -> Int -> [Int]

mayorPrefijoAcotado2 xs y =

take (longitudMayorPrefijoAcotado2 xs y) xs

longitudMayorPrefijoAcotado2 :: [Int] -> Int -> Int

longitudMayorPrefijoAcotado2 xs y =

length (takeWhile (<=y) (map sum (inits xs))) - 1

-- 3ª solución

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

mayorPrefijoAcotado3 :: [Int] -> Int -> [Int]

mayorPrefijoAcotado3 xs y =

take (longitudMayorPrefijoAcotado3 xs y) xs

longitudMayorPrefijoAcotado3 :: [Int] -> Int -> Int

longitudMayorPrefijoAcotado3 xs y =

length (takeWhile (<= y) (scanl1 (+) xs))

-- Equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_equiv :: [Int] -> Int -> Bool

prop_equiv xs y =

mayorPrefijoAcotado xs' y' == mayorPrefijoAcotado2 xs' y' &&

mayorPrefijoAcotado xs' y' == mayorPrefijoAcotado3 xs' y'

where xs' = map abs xs

y' = abs y

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- (0.01 secs, 2,463,688 bytes)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (mayorPrefijoAcotado (repeat 1) (2*10^4))

-- 20000

-- (0.04 secs, 5,086,544 bytes)

-- λ> length (mayorPrefijoAcotado2 (repeat 1) (2*10^4))

-- 20000

-- (11.22 secs, 27,083,980,168 bytes)

-- λ> length (mayorPrefijoAcotado3 (repeat 1) (2*10^4))

-- 20000

-- (0.02 secs, 4,768,992 bytes)

-- λ> length (mayorPrefijoAcotado (repeat 1) (8*10^6))

-- 8000000

-- (3.19 secs, 1,984,129,832 bytes)

-- λ> length (mayorPrefijoAcotado3 (repeat 1) (8*10^6))

-- 8000000

-- (1.02 secs, 1,856,130,936 bytes)

Pensamiento

Sed hombres de mal gusto. Yo os aconsejo el mal gusto para combatir los excesos de la moda.

Antonio Machado

Números construidos con los dígitos de un conjunto dado

PorJosé A. Alonso 8-mayo-201815-mayo-2018

Definir las siguientes funciones

   numerosCon      :: [Integer] -> [Integer]
   numeroDeDigitos :: [Integer] -> Integer -> Int

1 2	numerosCon :: [Integer] -> [Integer] numeroDeDigitos :: [Integer] -> Integer -> Int

tales que

(numerosCon ds) es la lista de los números que se pueden construir con los dígitos de ds (cuyos elementos son distintos elementos del 1 al 9) . Por ejemplo,

     λ> take 22 (numerosCon [1,4,6,9])
     [1,4,6,9,11,14,16,19,41,44,46,49,61,64,66,69,91,94,96,99,111,114]
     λ> take 15 (numerosCon [4,6,9])
     [4,6,9,44,46,49,64,66,69,94,96,99,444,446,449]
     λ> take 15 (numerosCon [6,9])
     [6,9,66,69,96,99,666,669,696,699,966,969,996,999,6666]

λ> take 22 (numerosCon [1,4,6,9])

[1,4,6,9,11,14,16,19,41,44,46,49,61,64,66,69,91,94,96,99,111,114]

λ> take 15 (numerosCon [4,6,9])

[4,6,9,44,46,49,64,66,69,94,96,99,444,446,449]

λ> take 15 (numerosCon [6,9])

[6,9,66,69,96,99,666,669,696,699,966,969,996,999,6666]

(numeroDeDigitos ds k) es el número de dígitos que tiene el k-ésimo elemento (empezando a contar en 0) de la sucesión (numerosCon ds). Por ejemplo,

     numeroDeDigitos [1,4,6,9]   3  ==  1
     numeroDeDigitos [1,4,6,9]   6  ==  2
     numeroDeDigitos [1,4,6,9]  22  ==  3
     numeroDeDigitos [4,6,9]    15  ==  3
     numeroDeDigitos [6,9]      15  ==  4
     numeroDeDigitos [1,4,6,9] (10^(10^5))  ==  166097
     numeroDeDigitos   [4,6,9] (10^(10^5))  ==  209590
     numeroDeDigitos     [6,9] (10^(10^5))  ==  332192

numeroDeDigitos [1,4,6,9] 3 == 1

numeroDeDigitos [1,4,6,9] 6 == 2

numeroDeDigitos [1,4,6,9] 22 == 3

numeroDeDigitos [4,6,9] 15 == 3

numeroDeDigitos [6,9] 15 == 4

numeroDeDigitos [1,4,6,9] (10^(10^5)) == 166097

numeroDeDigitos [4,6,9] (10^(10^5)) == 209590

numeroDeDigitos [6,9] (10^(10^5)) == 332192

Soluciones

import Data.List (genericIndex, genericLength)

-- Definición de numerosCon
-- ========================

numerosCon :: [Integer] -> [Integer]
numerosCon xs = [n | n <- [0..]
                   , n `tieneSusDigitosEn` xs]

-- (tieneSusDigitosEn xs n) se verifica si los dígitos de n están contenidos en
-- xs. Por ejemplo,
--    4149 `tieneSusDigitosEn` [1,4,6,9]  ==  True
--    4143 `tieneSusDigitosEn` [1,4,6,9]  ==  False
tieneSusDigitosEn :: Integer -> [Integer] -> Bool
tieneSusDigitosEn n xs =
  digitos n `esSubconjunto` xs

-- (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]

-- (esSubconjunto xs ys) se verifica si xs es subconjunto de ys. Por
-- ejemplo, 
--    esSubconjunto [3,2,5] [4,2,5,7,3]  ==  True
--    esSubconjunto [3,2,5] [4,2,5,7]  ==  False
esSubconjunto :: Eq a => [a] -> [a] -> Bool
esSubconjunto xs ys = all (`elem` ys) xs

-- 1ª definición de numeroDeDigitos
-- ================================

numeroDeDigitos :: [Integer] -> Integer -> Int
numeroDeDigitos xs n =
  length (show (numerosCon xs `genericIndex` n))

-- 2ª definición de numeroDeDigitos
-- ================================

-- Observando que si el conjunto de dígitos tiene n elementos, entonces
-- hay n^k números con k dígitos.

numeroDeDigitos2 :: [Integer] -> Integer -> Int
numeroDeDigitos2 xs n =
  1 + length (takeWhile (<= n) (sumasDePotencias (genericLength xs)))

-- (potencia n) son las potencias de n. Por ejemplo,
--    take 5 (potencias 3)  ==  [3,9,27,81,243]
potencias :: Integer -> [Integer]
potencias k = iterate (*k) k 

-- (sumasDePotencias n) es la lista de las sumas acumuladas de las
-- potencias de n. Por ejemplo,
--    take 5 (sumasDePotencias 3)  ==  [3,12,39,120,363]
sumasDePotencias :: Integer -> [Integer]
sumasDePotencias k = scanl1 (+) (potencias k)

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

--    λ> numeroDeDigitos [1,4,6,9] 2000
--    6
--    (3.98 secs, 1,424,390,064 bytes)
--    λ> numeroDeDigitos2 [1,4,6,9] 2000
--    6
--    (0.01 secs, 127,464 bytes)

import Data.List (genericIndex, genericLength)

-- Definición de numerosCon

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

numerosCon :: [Integer] -> [Integer]

numerosCon xs = [n | n <- [0..]

, n `tieneSusDigitosEn` xs]

-- (tieneSusDigitosEn xs n) se verifica si los dígitos de n están contenidos en

-- xs. Por ejemplo,

-- 4149 `tieneSusDigitosEn` [1,4,6,9] == True

-- 4143 `tieneSusDigitosEn` [1,4,6,9] == False

tieneSusDigitosEn :: Integer -> [Integer] -> Bool

tieneSusDigitosEn n xs =

digitos n `esSubconjunto` xs

-- (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]

-- (esSubconjunto xs ys) se verifica si xs es subconjunto de ys. Por

-- ejemplo,

-- esSubconjunto [3,2,5] [4,2,5,7,3] == True

-- esSubconjunto [3,2,5] [4,2,5,7] == False

esSubconjunto :: Eq a => [a] -> [a] -> Bool

esSubconjunto xs ys = all (`elem` ys) xs

-- 1ª definición de numeroDeDigitos

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

numeroDeDigitos :: [Integer] -> Integer -> Int

numeroDeDigitos xs n =

length (show (numerosCon xs `genericIndex` n))

-- 2ª definición de numeroDeDigitos

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

-- Observando que si el conjunto de dígitos tiene n elementos, entonces

-- hay n^k números con k dígitos.

numeroDeDigitos2 :: [Integer] -> Integer -> Int

numeroDeDigitos2 xs n =

1 + length (takeWhile (<= n) (sumasDePotencias (genericLength xs)))

-- (potencia n) son las potencias de n. Por ejemplo,

-- take 5 (potencias 3) == [3,9,27,81,243]

potencias :: Integer -> [Integer]

potencias k = iterate (*k) k

-- (sumasDePotencias n) es la lista de las sumas acumuladas de las

-- potencias de n. Por ejemplo,

-- take 5 (sumasDePotencias 3) == [3,12,39,120,363]

sumasDePotencias :: Integer -> [Integer]

sumasDePotencias k = scanl1 (+) (potencias k)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> numeroDeDigitos [1,4,6,9] 2000

-- 6

-- (3.98 secs, 1,424,390,064 bytes)

-- λ> numeroDeDigitos2 [1,4,6,9] 2000

-- 6

-- (0.01 secs, 127,464 bytes)

Operaciones con series de potencias

PorJosé A. Alonso 27-abril-201825-marzo-2022

Una serie de potencias es una serie de la forma

   a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

1	a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

Las series de potencias se pueden representar mediante listas infinitas. Por ejemplo, la serie de la función exponencial es

   e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

1	e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

y se puede representar por [1, 1, 1/2, 1/6, 1/24, 1/120, …]

Las operaciones con series se pueden ver como una generalización de las de los polinomios.

En lo que sigue, usaremos el tipo (Serie a) para representar las series de potencias con coeficientes en a y su definición es

   type Serie a = [a]

1	type Serie a = [a]

Definir las siguientes funciones

   opuesta      :: Num a => Serie a -> Serie a
   suma         :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   resta        :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   producto     :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   cociente     :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   derivada     :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   integral     :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   expx         :: Serie Rational

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

expx :: Serie Rational

tales que

(opuesta xs) es la opuesta de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (opuesta [-6,-4..])
     [6,4,2,0,-2,-4,-6]

1 2	λ> take 7 (opuesta [-6,-4..]) [6,4,2,0,-2,-4,-6]

(suma xs ys) es la suma de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..])
     [3,7,11,15,19,23,27]

1 2	λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..]) [3,7,11,15,19,23,27]

(resta xs ys) es la resta de las series xs es ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])
     [1,1,1,1,1,1,1]
     λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])
     [2,4,6,8,10,12,14]

λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])

[1,1,1,1,1,1,1]

λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])

[2,4,6,8,10,12,14]

(producto xs ys) es el producto de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..])
     [6,22,52,100,170,266,392]

1 2	λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..]) [6,22,52,100,170,266,392]

(cociente xs ys) es el cociente de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..])
     [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..]) [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

(derivada xs) es la derivada de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (derivada [2,4..])
     [4,12,24,40,60,84,112]

1 2	λ> take 7 (derivada [2,4..]) [4,12,24,40,60,84,112]

(integral xs) es la integral de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0))
     [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0)) [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

expx es la serie de la función exponencial. Por ejemplo,

     λ> take 8 expx
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (derivada expx)
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (integral expx)
     [0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 expx

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (derivada expx)

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (integral expx)

[0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

Soluciones

type Serie a = [a] 

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a
opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
producto (x:xs) zs@(y:ys) = 
    x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
cociente (x:xs) (y:ys) = zs 
    where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))  

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational
expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo, 
--    take 7 factoriales  ==  [1,1,2,6,24,120,720]
factoriales :: [Integer]
factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

type Serie a = [a]

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto (x:xs) zs@(y:ys) =

x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente (x:xs) (y:ys) = zs

where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational

expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo,

-- take 7 factoriales == [1,1,2,6,24,120,720]

factoriales :: [Integer]

factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

Cálculo de pi mediante la serie de Nilakantha

PorJosé A. Alonso 11-abril-201825-marzo-2022

Una serie infinita para el cálculo de pi, publicada por Nilakantha en el siglo XV, es

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   tabla          :: FilePath -> [Int] -> IO ()

1 2	aproximacionPi :: Int -> Double tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tales que

(aproximacionPi n) es la n-ésima aproximación de pi obtenido sumando los n primeros términos de la serie de Nilakantha. Por ejemplo,

     aproximacionPi 0        ==  3.0
     aproximacionPi 1        ==  3.1666666666666665
     aproximacionPi 2        ==  3.1333333333333333
     aproximacionPi 3        ==  3.145238095238095
     aproximacionPi 4        ==  3.1396825396825396
     aproximacionPi 5        ==  3.1427128427128426
     aproximacionPi 10       ==  3.1414067184965018
     aproximacionPi 100      ==  3.1415924109719824
     aproximacionPi 1000     ==  3.141592653340544
     aproximacionPi 10000    ==  3.141592653589538
     aproximacionPi 100000   ==  3.1415926535897865
     aproximacionPi 1000000  ==  3.141592653589787
     pi                      ==  3.141592653589793

aproximacionPi 0 == 3.0

aproximacionPi 1 == 3.1666666666666665

aproximacionPi 2 == 3.1333333333333333

aproximacionPi 3 == 3.145238095238095

aproximacionPi 4 == 3.1396825396825396

aproximacionPi 5 == 3.1427128427128426

aproximacionPi 10 == 3.1414067184965018

aproximacionPi 100 == 3.1415924109719824

aproximacionPi 1000 == 3.141592653340544

aproximacionPi 10000 == 3.141592653589538

aproximacionPi 100000 == 3.1415926535897865

aproximacionPi 1000000 == 3.141592653589787

pi == 3.141592653589793

(tabla f ns) escribe en el fichero f las n-ésimas aproximaciones de pi, donde n toma los valores de la lista ns, junto con sus errores. Por ejemplo, al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|   10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |
|   20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |
|   30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |
|   40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |
|   50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |
|   60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |
|   70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |
|   80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |
|   90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |
|  100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |

| 20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |

| 30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |

| 40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |

| 50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |

| 60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |

| 70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |

| 80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |

| 90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |

| 100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |

+------+----------------+----------------+

al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|  500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |
| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |
| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |
| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |
| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |
| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |
| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |
| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |
| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |
| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |

| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |

| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |

| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |

| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |

| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |

| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |

| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |

| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |

| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |

+------+----------------+----------------+

Soluciones

import Text.Printf

-- 1ª solución
-- ===========

aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]
serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]
terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores
  where numeradores   = 3 : cycle [4,-4]
        denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

-- 2ª solución
-- ===========

aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 = aux 3 2 1
  where aux x _ _ 0 = x
        aux x y z m =
          aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

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

--    λ> aproximacionPi (2*10^5)
--    3.141592653589787
--    (0.82 secs, 145,964,728 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (2*10^5)
--    3.141592653589787
--    (2.27 secs, 432,463,496 bytes)
--    λ> aproximacionPi (3*10^5)
--    3.141592653589787
--    (0.34 secs, 73,056,488 bytes)
--    λ> aproximacionPi2 (3*10^5)
--    3.141592653589787
--    (3.24 secs, 648,603,824 bytes)

-- Definicioń de tabla
-- ===================

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()
tabla f ns = do
  writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String
tablaAux ns =
     linea
  ++ cabecera
  ++ linea
  ++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e
            | n <- ns
            , let a = aproximacionPi n
            , let e = abs (pi - a)]
  ++ linea

linea :: String
linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String
cabecera = "| n    | Aproximación   | Error          |\n"

import Text.Printf

-- 1ª solución

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

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]

serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]

terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores

where numeradores = 3 : cycle [4,-4]

denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

-- 2ª solución

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

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 = aux 3 2 1

where aux x _ _ 0 = x

aux x y z m =

aux (x+4/product[y..y+2]*z) (y+2) (negate z) (m-1)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> aproximacionPi (2*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (0.82 secs, 145,964,728 bytes)

-- λ> aproximacionPi2 (2*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (2.27 secs, 432,463,496 bytes)

-- λ> aproximacionPi (3*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (0.34 secs, 73,056,488 bytes)

-- λ> aproximacionPi2 (3*10^5)

-- 3.141592653589787

-- (3.24 secs, 648,603,824 bytes)

-- Definicioń de tabla

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

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tabla f ns = do

writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String

tablaAux ns =

linea

++ cabecera

++ linea

++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e

| n <- ns

, let a = aproximacionPi n

, let e = abs (pi - a)]

++ linea

linea :: String

linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String

cabecera = "| n | Aproximación | Error |\n"

La sucesión de Sylvester

PorJosé A. Alonso 19-marzo-201825-abril-2021

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 ()

1 2	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

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
- (graficaSylvester 4 30) dibuja
- (graficaSylvester 5 30) dibuja

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]]

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]]

Suma de las sumas de los cuadrados de los divisores

PorJosé A. Alonso 7-marzo-201814-marzo-2018

La suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de los 6 primeros números enteros positivos es

     1² + (1²+2²) + (1²+3²) + (1²+2²+4²) + (1²+5²) + (1²+2²+3²+6²)
   = 1  + 5       + 10      + 21         + 26      + 50
   = 113

1² + (1²+2²) + (1²+3²) + (1²+2²+4²) + (1²+5²) + (1²+2²+3²+6²)

= 1 + 5 + 10 + 21 + 26 + 50

= 113

Definir la función

   sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

1	sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

tal que (sumaSumasCuadradosDivisores n) es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de los n primeros números enteros positivos. Por ejemplo,

   sumaSumasCuadradosDivisores 6       ==  113
   sumaSumasCuadradosDivisores (10^6)  ==  400686363385965077

1 2	sumaSumasCuadradosDivisores 6 == 113 sumaSumasCuadradosDivisores (10^6) == 400686363385965077

Soluciones

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores n =
  sum [sumaCuadradosDivisores k | k <- [1..n]]

-- (sumaCuadradosDivisores n) es la suma de los cuadrados de los
-- divisores de n. Por ejemplo,
--    sumaCuadradosDivisores 6  ==  50
sumaCuadradosDivisores :: Integer -> Integer
sumaCuadradosDivisores n = sum (map (^2) (divisores n))

-- (divisores n) es la lista de los divisores de n. Por ejemplo, 
--    divisores 6  ==  [1,6,2,3]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores 1 = [1]
divisores n = 1 : n : [x | x <- [2..n `div` 2], n `mod` x == 0]

-- 2ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores2 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores2 n =
  sumasSumasCuadradosDivisores `genericIndex` (n-1)

-- sumasSumasCuadradosDivisores es la sucesión cuyo n-ésimo término es
-- la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de n. Por
-- ejemplo, 
--    take 6 sumasSumasCuadradosDivisores  ==  [1,6,16,37,63,113]
sumasSumasCuadradosDivisores :: [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores = 1 : sig 1 2
  where sig m n = y : sig y (n+1)
          where y = m + sumaCuadradosDivisores n

-- 3ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores3 n =
  last (sumasSumasCuadradosDivisores3 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores3 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término
-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para
-- k entre 0 y n. Por ejemplo, 
--    sumasSumasCuadradosDivisores3 6  ==  [0,6,18,36,52,77,113]
sumasSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores3 n = scanl f 0 [1..n]
  where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 4ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores4 n =
  last (sumasSumasCuadradosDivisores4 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores4 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término
-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para
-- k entre 0 y n. Por ejemplo, 
--    sumasSumasCuadradosDivisores4 6  ==  [0,6,18,36,52,77,113]
sumasSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores4 n = scanl1 f [0,1..n]
  where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 5ª solución
-- ===========

sumaSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores5 n =
  last (sumasSumasCuadradosDivisores5 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores5 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término
-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para
-- k entre 0 y n. Por ejemplo, 
--    sumasSumasCuadradosDivisores5 6  ==  [0,6,18,36,52,77,113]
sumasSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> [Integer]
sumasSumasCuadradosDivisores5 n = scanl1 f [0,1..n]
  where f x k = x + k * (n - (n `mod` k))

-- 6ª solución
-- ===========

-- Cada elemento k de [1..n], al cuadrado, aparece tantas veces como la
-- parte entera de n/k; luego,
--    sumaSumasCuadradosDivisores n =
--       1^2*n + 2^2*(n `div` 2) + 3^2*(n `div` 3) + ... + n^2*1

sumaSumasCuadradosDivisores6 :: Integer -> Integer
sumaSumasCuadradosDivisores6 n = sum (zipWith (*) ds vs)
  where ds = map (^2) [1..n]
        vs = [n `div` k | k <- [1..n]]

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

--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores (3*10^3)
--    10825397502
--    (3.29 secs, 468,721,192 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores2 (3*10^3)
--    10825397502
--    (3.25 secs, 469,462,600 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 2,788,752 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 2,813,304 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 1,467,056 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (3*10^3)
--    10825397502
--    (0.03 secs, 3,291,664 bytes)
--    
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (2.34 secs, 440,961,640 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (2.29 secs, 444,962,904 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (1.23 secs, 220,960,152 bytes)
--    λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (5*10^5)
--    50085873311988831
--    (2.76 secs, 524,962,464 bytes)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

import Data.List (genericIndex)

-- 1ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores n =

sum [sumaCuadradosDivisores k | k <- [1..n]]

-- (sumaCuadradosDivisores n) es la suma de los cuadrados de los

-- divisores de n. Por ejemplo,

-- sumaCuadradosDivisores 6 == 50

sumaCuadradosDivisores :: Integer -> Integer

sumaCuadradosDivisores n = sum (map (^2) (divisores n))

-- (divisores n) es la lista de los divisores de n. Por ejemplo,

-- divisores 6 == [1,6,2,3]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores 1 = [1]

divisores n = 1 : n : [x | x <- [2..n `div` 2], n `mod` x == 0]

-- 2ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores2 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores2 n =

sumasSumasCuadradosDivisores `genericIndex` (n-1)

-- sumasSumasCuadradosDivisores es la sucesión cuyo n-ésimo término es

-- la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de n. Por

-- ejemplo,

-- take 6 sumasSumasCuadradosDivisores == [1,6,16,37,63,113]

sumasSumasCuadradosDivisores :: [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores = 1 : sig 1 2

where sig m n = y : sig y (n+1)

where y = m + sumaCuadradosDivisores n

-- 3ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores3 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores3 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores3 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término

-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

-- sumasSumasCuadradosDivisores3 6 == [0,6,18,36,52,77,113]

sumasSumasCuadradosDivisores3 :: Integer -> [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores3 n = scanl f 0 [1..n]

where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 4ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores4 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores4 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores4 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término

-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

-- sumasSumasCuadradosDivisores4 6 == [0,6,18,36,52,77,113]

sumasSumasCuadradosDivisores4 :: Integer -> [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores4 n = scanl1 f [0,1..n]

where f x k = x + k^2 * (n `div` k)

-- 5ª solución

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

sumaSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores5 n =

last (sumasSumasCuadradosDivisores5 n)

-- (sumasSumasCuadradosDivisores5 n) es la sucesión cuyo k-ésimo término

-- es la suma de las sumas de los cuadrados de los divisores de k, para

-- k entre 0 y n. Por ejemplo,

-- sumasSumasCuadradosDivisores5 6 == [0,6,18,36,52,77,113]

sumasSumasCuadradosDivisores5 :: Integer -> [Integer]

sumasSumasCuadradosDivisores5 n = scanl1 f [0,1..n]

where f x k = x + k * (n - (n `mod` k))

-- 6ª solución

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

-- Cada elemento k de [1..n], al cuadrado, aparece tantas veces como la

-- parte entera de n/k; luego,

-- sumaSumasCuadradosDivisores n =

-- 1^2*n + 2^2*(n `div` 2) + 3^2*(n `div` 3) + ... + n^2*1

sumaSumasCuadradosDivisores6 :: Integer -> Integer

sumaSumasCuadradosDivisores6 n = sum (zipWith (*) ds vs)

where ds = map (^2) [1..n]

vs = [n `div` k | k <- [1..n]]

-- Comparación de eficiencia:

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

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores (3*10^3)

-- 10825397502

-- (3.29 secs, 468,721,192 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores2 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (3.25 secs, 469,462,600 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 2,788,752 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 2,813,304 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 1,467,056 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (3*10^3)

-- 10825397502

-- (0.03 secs, 3,291,664 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores3 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (2.34 secs, 440,961,640 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores4 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (2.29 secs, 444,962,904 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores5 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (1.23 secs, 220,960,152 bytes)

-- λ> sumaSumasCuadradosDivisores6 (5*10^5)

-- 50085873311988831

-- (2.76 secs, 524,962,464 bytes)

Números cuyos factoriales son divisibles por x pero no por y

PorJosé A. Alonso 28-febrero-20187-marzo-2018

Hay 3 números (el 2, 3 y 4) cuyos factoriales son divisibles por 2 pero no por 5. Análogamente, hay números 5 (el 5, 6, 7, 8, 9) cuyos factoriales son divisibles por 15 pero no por 25.

Definir la función

   nNumerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> Integer

1	nNumerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> Integer

tal que (nNumerosConFactorialesDivisibles x y) es la cantidad de números cuyo factorial es divisible por x pero no por y. Por ejemplo,

  nNumerosConFactorialesDivisibles 2   5     ==  3
  nNumerosConFactorialesDivisibles 15  25    ==  5
  nNumerosConFactorialesDivisibles 100 2000  ==  5

nNumerosConFactorialesDivisibles 2 5 == 3

nNumerosConFactorialesDivisibles 15 25 == 5

nNumerosConFactorialesDivisibles 100 2000 == 5

Soluciones

import Data.List (genericLength)

-- 1ª solución
-- ===========

nNumerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> Integer
nNumerosConFactorialesDivisibles x y =
  genericLength (numerosConFactorialesDivisibles x y)

-- (numerosConFactorialesDivisibles x y) es la lista de números
-- divisibles por el factorial de x pero no divisibles por el 
-- factorial de y. Por ejemplo,
--   numerosConFactorialesDivisibles 2  5   ==  [2,3,4]
--   numerosConFactorialesDivisibles 15 25  ==  [5,6,7,8,9]
numerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> [Integer]
numerosConFactorialesDivisibles x y =
  [z | z <- [0..y-1]
     , factorial z `mod` x == 0
     , factorial z `mod` y /= 0]

-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo, 
--   factorial 4  ==  24
factorial :: Integer -> Integer
factorial n = product [1..n]

-- 2ª solución (usando la función de Smarandache)
-- ==============================================

nNumerosConFactorialesDivisibles2 :: Integer -> Integer -> Integer
nNumerosConFactorialesDivisibles2 x y =
  max 0 (smarandache y - smarandache x)

--(smarandache n) es el menor número cuyo factorial es divisible por
-- n. Por ejemplo,   
--    smarandache 8   ==  4
--    smarandache 10  ==  5
--    smarandache 16  ==  6
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..]

-- Comparación de eficiencia
--    λ> nNumerosConFactorialesDivisibles 100 2000
--    5
--    (2.70 secs, 3,933,938,648 bytes)
--    λ> nNumerosConFactorialesDivisibles2 100 2000
--    5
--    (0.01 secs, 148,200 bytes)

import Data.List (genericLength)

-- 1ª solución

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

nNumerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> Integer

nNumerosConFactorialesDivisibles x y =

genericLength (numerosConFactorialesDivisibles x y)

-- (numerosConFactorialesDivisibles x y) es la lista de números

-- divisibles por el factorial de x pero no divisibles por el

-- factorial de y. Por ejemplo,

-- numerosConFactorialesDivisibles 2 5 == [2,3,4]

-- numerosConFactorialesDivisibles 15 25 == [5,6,7,8,9]

numerosConFactorialesDivisibles :: Integer -> Integer -> [Integer]

numerosConFactorialesDivisibles x y =

[z | z <- [0..y-1]

, factorial z `mod` x == 0

, factorial z `mod` y /= 0]

-- (factorial n) es el factorial de n. Por ejemplo,

-- factorial 4 == 24

factorial :: Integer -> Integer

factorial n = product [1..n]

-- 2ª solución (usando la función de Smarandache)

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

nNumerosConFactorialesDivisibles2 :: Integer -> Integer -> Integer

nNumerosConFactorialesDivisibles2 x y =

max 0 (smarandache y - smarandache x)

--(smarandache n) es el menor número cuyo factorial es divisible por

-- n. Por ejemplo,

-- smarandache 8 == 4

-- smarandache 10 == 5

-- smarandache 16 == 6

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..]

-- Comparación de eficiencia

-- λ> nNumerosConFactorialesDivisibles 100 2000

-- 5

-- (2.70 secs, 3,933,938,648 bytes)

-- λ> nNumerosConFactorialesDivisibles2 100 2000

-- 5

-- (0.01 secs, 148,200 bytes)

La función de Smarandache

PorJosé A. Alonso 27-febrero-20186-marzo-2018

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 ()

1 2	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

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

(graficaSmarandache 500) dibuja

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])

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])

División equitativa

PorJosé A. Alonso 6-febrero-201826-marzo-2022

Definir la función

   divisionEquitativa :: [Int] -> Maybe ([Int],[Int])

1	divisionEquitativa :: [Int] -> Maybe ([Int],[Int])

tal que (divisionEquitativa xs) determina si la lista de números enteros positivos xs se puede dividir en dos partes (sin reordenar sus elementos) con la misma suma. Si es posible, su valor es el par formado por las dos partes. Si no lo es, su valor es Nothing. Por ejemplo,

   divisionEquitativa [1,2,3,4,5,15]  ==  Just ([1,2,3,4,5],[15])
   divisionEquitativa [15,1,2,3,4,5]  ==  Just ([15],[1,2,3,4,5])
   divisionEquitativa [1,2,3,4,7,15]  ==  Nothing
   divisionEquitativa [1,2,3,4,15,5]  ==  Nothing

divisionEquitativa [1,2,3,4,5,15] == Just ([1,2,3,4,5],[15])

divisionEquitativa [15,1,2,3,4,5] == Just ([15],[1,2,3,4,5])

divisionEquitativa [1,2,3,4,7,15] == Nothing

divisionEquitativa [1,2,3,4,15,5] == Nothing

Soluciones

import Data.Maybe (isNothing, fromJust, listToMaybe)
import Data.List  (elemIndex, inits, tails)

-- 1ª solución
divisionEquitativa1 :: [Int] -> Maybe ([Int],[Int])
divisionEquitativa1 xs = aux (particiones xs)
 where aux []                              = Nothing
       aux ((as,bs):ys) | sum as == sum bs = Just (as,bs)
                        | otherwise        = aux ys                   
       particiones xs = [splitAt i xs | i <- [1..length xs-1]]

-- 2ª solución
divisionEquitativa2 :: [Int] -> Maybe ([Int],[Int])
divisionEquitativa2 xs
  | 2 * b == suma = Just $ splitAt (length as + 1) xs
  | otherwise     = Nothing
  where suma        = sum xs
        (as,(b:bs)) = span (<suma `div` 2) $ scanl1 (+) xs

-- 3ª solución
divisionEquitativa3 :: [Int] -> Maybe ([Int],[Int])
divisionEquitativa3 xs
  | odd n       = Nothing
  | isNothing p = Nothing
  | otherwise   = Just (splitAt (1 + fromJust p) xs)
  where n  = sum xs
        ys = scanl1 (+) xs
        p  = elemIndex (n `div` 2) ys

-- 4ª solución
divisionEquitativa4 :: [Int] -> Maybe ([Int],[Int])
divisionEquitativa4 xs
  | odd (sum xs) = Nothing
  | otherwise    = aux [] xs
  where aux as bs@(b:bs') | sum as == sum bs = Just (reverse as, bs)
                          | sum as > sum bs  = Nothing
                          | otherwise        = aux (b:as) (bs')

-- 5ª solución
divisionEquitativa5 :: [Int] -> Maybe ([Int],[Int])
divisionEquitativa5 xs =
  listToMaybe
    [(ys, zs) | (ys,zs) <- zip (inits xs) (tails xs)
              , sum ys == sum zs ]

import Data.Maybe (isNothing, fromJust, listToMaybe)

import Data.List (elemIndex, inits, tails)

-- 1ª solución

divisionEquitativa1 :: [Int] -> Maybe ([Int],[Int])

divisionEquitativa1 xs = aux (particiones xs)

where aux [] = Nothing

aux ((as,bs):ys) | sum as == sum bs = Just (as,bs)

| otherwise = aux ys

particiones xs = [splitAt i xs | i <- [1..length xs-1]]

-- 2ª solución

divisionEquitativa2 :: [Int] -> Maybe ([Int],[Int])

divisionEquitativa2 xs

| 2 * b == suma = Just $ splitAt (length as + 1) xs

| otherwise = Nothing

where suma = sum xs

(as,(b:bs)) = span (<suma `div` 2) $ scanl1 (+) xs

-- 3ª solución

divisionEquitativa3 :: [Int] -> Maybe ([Int],[Int])

divisionEquitativa3 xs

| odd n = Nothing

| isNothing p = Nothing

| otherwise = Just (splitAt (1 + fromJust p) xs)

where n = sum xs

ys = scanl1 (+) xs

p = elemIndex (n `div` 2) ys

-- 4ª solución

divisionEquitativa4 :: [Int] -> Maybe ([Int],[Int])

divisionEquitativa4 xs

| odd (sum xs) = Nothing

| otherwise = aux [] xs

where aux as bs@(b:bs') | sum as == sum bs = Just (reverse as, bs)

| sum as > sum bs = Nothing

| otherwise = aux (b:as) (bs')

-- 5ª solución

divisionEquitativa5 :: [Int] -> Maybe ([Int],[Int])

divisionEquitativa5 xs =

listToMaybe

[(ys, zs) | (ys,zs) <- zip (inits xs) (tails xs)

, sum ys == sum zs ]

Sumas parciales de Juzuk

PorJosé A. Alonso 23-enero-201830-enero-2018

En 1939 Dov Juzuk extendió el método de Nicómaco del cálculo de los cubos. La extensión se basaba en los siguientes pasos:

se comienza con la lista de todos los enteros positivos

     [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

1	[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, ...

se agrupan tomando el primer elemento, los dos siguientes, los tres
siguientes, etc.

     [[1], [2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9, 10], [11, 12, 13, 14, 15], ...

1	[[1], [2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9, 10], [11, 12, 13, 14, 15], ...

se seleccionan los elementos en posiciones pares

     [[1],         [4, 5, 6],                [11, 12, 13, 14, 15], ...

1	[[1], [4, 5, 6], [11, 12, 13, 14, 15], ...

se suman los elementos de cada grupo

     [1,           15,                       65,                   ...

1	[1, 15, 65, ...

se calculan las sumas acumuladas

     [1,           16,                       81,                   ...

1	[1, 16, 81, ...

Las sumas obtenidas son las cuantas potencias de los números enteros positivos.

Definir las funciones

   listasParcialesJuzuk :: [a] -> [[a]]
   sumasParcialesJuzuk  :: [Integer] -> [Integer]

1 2	listasParcialesJuzuk :: [a] -> [[a]] sumasParcialesJuzuk :: [Integer] -> [Integer]

tal que

(listasParcialesJuzuk xs) es lalista de ls listas parciales de Juzuk; es decir, la selección de los elementos en posiciones pares de la agrupación de los elementos de xs tomando el primer elemento, los dos siguientes, los tres siguientes, etc. Por ejemplo,

     λ> take 4 (listasParcialesJuzuk [1..])
     [[1],[4,5,6],[11,12,13,14,15],[22,23,24,25,26,27,28]]
     λ> take 4 (listasParcialesJuzuk [1,3..])
     [[1],[7,9,11],[21,23,25,27,29],[43,45,47,49,51,53,55]]

λ> take 4 (listasParcialesJuzuk [1..])

[[1],[4,5,6],[11,12,13,14,15],[22,23,24,25,26,27,28]]

λ> take 4 (listasParcialesJuzuk [1,3..])

[[1],[7,9,11],[21,23,25,27,29],[43,45,47,49,51,53,55]]

(sumasParcialesJuzuk xs) es la lista de las sumas acumuladas de los elementos de las listas de Juzuk generadas por xs. Por ejemplo,

     take 4 (sumasParcialesJuzuk [1..])  ==  [1,16,81,256]
     take 4 (sumasParcialesJuzuk [1,3..])  ==  [1,28,153,496]

1 2	take 4 (sumasParcialesJuzuk [1..]) == [1,16,81,256] take 4 (sumasParcialesJuzuk [1,3..]) == [1,28,153,496]

Comprobar con QuickChek que, para todo entero positivo n,

el elemento de (sumasParcialesJuzuk [1..]) en la posición (n-1) es n^4.
el elemento de (sumasParcialesJuzuk [1,3..]) en la posición (n-1) es n^2*(2*n^2 - 1).
el elemento de (sumasParcialesJuzuk [1,5..]) en la posición (n-1) es 4*n^4-3*n^2.
el elemento de (sumasParcialesJuzuk [2,3..]) en la posición (n-1) es n^2*(n^2+1).

Soluciones

import Data.List (genericIndex)
import Test.QuickCheck

listasParcialesJuzuk :: [a] -> [[a]]
listasParcialesJuzuk = elementosEnPares . listasParciales

-- (listasParciales xs) es la agrupación de los elementos de xs obtenida
-- tomando el primer elemento, los dos siguientes, los tres siguientes,
-- etc. Por ejemplo, 
--    λ> take 5 (listasParciales [1..])
--    [[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15]]
listasParciales :: [a] -> [[a]]
listasParciales = aux 1
  where aux n xs = ys : aux (n+1) zs  
          where (ys,zs) = splitAt n xs

-- (elementosEnPares xs) es la lista de los elementos de xs en
-- posiciones pares. Por ejemplo,
--    λ> elementosEnPares [[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15]]
--    [[1],[4,5,6],[11,12,13,14,15]]
elementosEnPares :: [a] -> [a]
elementosEnPares []       = []
elementosEnPares [x]      = [x]
elementosEnPares (x:_:xs) = x : elementosEnPares xs

sumasParcialesJuzuk :: [Integer] -> [Integer]
sumasParcialesJuzuk xs =
  scanl1 (+) (map sum (listasParcialesJuzuk xs))

-- La primera propiedad es
prop_sumasParcialesJuzuk :: (Positive Integer) -> Bool
prop_sumasParcialesJuzuk (Positive n) =
  sumasParcialesJuzuk [1..] `genericIndex` (n-1) == n^4

-- Su comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- La segunda propiedad es
prop_sumasParcialesJuzuk2 :: (Positive Integer) -> Bool
prop_sumasParcialesJuzuk2 (Positive n) =
  sumasParcialesJuzuk [1,3..] `genericIndex` (n-1) == n^2*(2*n^2 - 1)

-- Su comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk2
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- La tercera propiedad es
prop_sumasParcialesJuzuk3 :: (Positive Integer) -> Bool
prop_sumasParcialesJuzuk3 (Positive n) =
  sumasParcialesJuzuk [1,5..] `genericIndex` (n-1) == 4*n^4-3*n^2

-- Su comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk3
--    +++ OK, passed 100 tests.

-- La cuarta propiedad es
prop_sumasParcialesJuzuk4 :: (Positive Integer) -> Bool
prop_sumasParcialesJuzuk4 (Positive n) =
  sumasParcialesJuzuk [2,3..] `genericIndex` (n-1) == n^2*(n^2+1)
  
-- Su comprobación es
--    λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk4
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (genericIndex)

import Test.QuickCheck

listasParcialesJuzuk :: [a] -> [[a]]

listasParcialesJuzuk = elementosEnPares . listasParciales

-- (listasParciales xs) es la agrupación de los elementos de xs obtenida

-- tomando el primer elemento, los dos siguientes, los tres siguientes,

-- etc. Por ejemplo,

-- λ> take 5 (listasParciales [1..])

-- [[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15]]

listasParciales :: [a] -> [[a]]

listasParciales = aux 1

where aux n xs = ys : aux (n+1) zs

where (ys,zs) = splitAt n xs

-- (elementosEnPares xs) es la lista de los elementos de xs en

-- posiciones pares. Por ejemplo,

-- λ> elementosEnPares [[1],[2,3],[4,5,6],[7,8,9,10],[11,12,13,14,15]]

-- [[1],[4,5,6],[11,12,13,14,15]]

elementosEnPares :: [a] -> [a]

elementosEnPares [] = []

elementosEnPares [x] = [x]

elementosEnPares (x:_:xs) = x : elementosEnPares xs

sumasParcialesJuzuk :: [Integer] -> [Integer]

sumasParcialesJuzuk xs =

scanl1 (+) (map sum (listasParcialesJuzuk xs))

-- La primera propiedad es

prop_sumasParcialesJuzuk :: (Positive Integer) -> Bool

prop_sumasParcialesJuzuk (Positive n) =

sumasParcialesJuzuk [1..] `genericIndex` (n-1) == n^4

-- Su comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La segunda propiedad es

prop_sumasParcialesJuzuk2 :: (Positive Integer) -> Bool

prop_sumasParcialesJuzuk2 (Positive n) =

sumasParcialesJuzuk [1,3..] `genericIndex` (n-1) == n^2*(2*n^2 - 1)

-- Su comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk2

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La tercera propiedad es

prop_sumasParcialesJuzuk3 :: (Positive Integer) -> Bool

prop_sumasParcialesJuzuk3 (Positive n) =

sumasParcialesJuzuk [1,5..] `genericIndex` (n-1) == 4*n^4-3*n^2

-- Su comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk3

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- La cuarta propiedad es

prop_sumasParcialesJuzuk4 :: (Positive Integer) -> Bool

prop_sumasParcialesJuzuk4 (Positive n) =

sumasParcialesJuzuk [2,3..] `genericIndex` (n-1) == n^2*(n^2+1)

-- Su comprobación es

-- λ> quickCheck prop_sumasParcialesJuzuk4

-- +++ OK, passed 100 tests.

Operaciones con series de potencias

PorJosé A. Alonso 21-abril-201725-marzo-2022

Una serie de potencias es una serie de la forma

   a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

1	a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + ...

Las series de potencias se pueden representar mediante listas infinitas. Por ejemplo, la serie de la función exponencial es

   e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

1	e^x = 1 + x + x²/2! + x³/3! + ...

y se puede representar por [1, 1, 1/2, 1/6, 1/24, 1/120, …]

Las operaciones con series se pueden ver como una generalización de las de los polinomios.

En lo que sigue, usaremos el tipo (Serie a) para representar las series de potencias con coeficientes en a y su definición es

   type Serie a = [a]

1	type Serie a = [a]

Definir las siguientes funciones

   opuesta      :: Num a => Serie a -> Serie a
   suma         :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   resta        :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   producto     :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   cociente     :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
   derivada     :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   integral     :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
   expx         :: Serie Rational

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

expx :: Serie Rational

tales que

(opuesta xs) es la opuesta de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (opuesta [-6,-4..])
     [6,4,2,0,-2,-4,-6]

1 2	λ> take 7 (opuesta [-6,-4..]) [6,4,2,0,-2,-4,-6]

(suma xs ys) es la suma de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..])
     [3,7,11,15,19,23,27]

1 2	λ> take 7 (suma [1,3..] [2,4..]) [3,7,11,15,19,23,27]

(resta xs ys) es la resta de las series xs es ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])
     [1,1,1,1,1,1,1]
     λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])
     [2,4,6,8,10,12,14]

λ> take 7 (resta [3,5..] [2,4..])

[1,1,1,1,1,1,1]

λ> take 7 (resta ([3,7,11,15,19,23,27] ++ repeat 0) [1,3..])

[2,4,6,8,10,12,14]

(producto xs ys) es el producto de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..])
     [6,22,52,100,170,266,392]

1 2	λ> take 7 (producto [3,5..] [2,4..]) [6,22,52,100,170,266,392]

(cociente xs ys) es el cociente de las series xs e ys. Por ejemplo,

     λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..])
     [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (cociente ([6,22,52,100,170,266,392] ++ repeat 0) [3,5..]) [2.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

(derivada xs) es la derivada de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (derivada [2,4..])
     [4,12,24,40,60,84,112]

1 2	λ> take 7 (derivada [2,4..]) [4,12,24,40,60,84,112]

(integral xs) es la integral de la serie xs. Por ejemplo,

     λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0))
     [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

1 2	λ> take 7 (integral ([4,12,24,40,60,84,112] ++ repeat 0)) [0.0,4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0]

expx es la serie de la función exponencial. Por ejemplo,

     λ> take 8 expx
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (derivada expx)
     [1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]
     λ> take 8 (integral expx)
     [0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 expx

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (derivada expx)

[1 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

λ> take 8 (integral expx)

[0 % 1,1 % 1,1 % 2,1 % 6,1 % 24,1 % 120,1 % 720,1 % 5040]

Soluciones

type Serie a = [a] 

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a
opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a
producto (x:xs) zs@(y:ys) = 
    x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a
cociente (x:xs) (y:ys) = zs 
    where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))  

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a
derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a
integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational
expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo, 
--    take 7 factoriales  ==  [1,1,2,6,24,120,720]
factoriales :: [Integer]
factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

type Serie a = [a]

opuesta :: Num a => Serie a -> Serie a

opuesta = map negate

suma :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

suma = zipWith (+)

resta :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

resta xs ys = suma xs (opuesta ys)

producto :: Num a => Serie a -> Serie a -> Serie a

producto (x:xs) zs@(y:ys) =

x*y : suma (producto xs zs) (map (x*) ys)

cociente :: Fractional a => Serie a -> Serie a -> Serie a

cociente (x:xs) (y:ys) = zs

where zs = x/y : map (/y) (resta xs (producto zs ys))

derivada :: (Num a, Enum a) => Serie a -> Serie a

derivada (_:xs) = zipWith (*) xs [1..]

integral :: (Fractional a, Enum a) => Serie a -> Serie a

integral xs = 0 : zipWith (/) xs [1..]

expx :: Serie Rational

expx = map (1/) (map fromIntegral factoriales)

-- factoriales es la lista de los factoriales. Por ejemplo,

-- take 7 factoriales == [1,1,2,6,24,120,720]

factoriales :: [Integer]

factoriales = 1 : scanl1 (*) [1..]

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)

Número de dígitos del factorial

PorJosé A. Alonso 23-marzo-201731-marzo-2017

Definir las funciones

   nDigitosFact :: Integer -> Integer
   graficas     :: [Integer] -> IO ()

1 2	nDigitosFact :: Integer -> Integer graficas :: [Integer] -> IO ()

tales que

(nDigitosFact n) es el número de dígitos de n!. Por ejemplo,

     nDigitosFact 0        ==  1
     nDigitosFact 4        ==  2
     nDigitosFact 5        ==  3
     nDigitosFact 10       ==  7
     nDigitosFact 100      ==  158
     nDigitosFact 1000     ==  2568
     nDigitosFact 10000    ==  35660
     nDigitosFact 100000   ==  456574
     nDigitosFact 1000000  ==  5565709

nDigitosFact 0 == 1

nDigitosFact 4 == 2

nDigitosFact 5 == 3

nDigitosFact 10 == 7

nDigitosFact 100 == 158

nDigitosFact 1000 == 2568

nDigitosFact 10000 == 35660

nDigitosFact 100000 == 456574

nDigitosFact 1000000 == 5565709

(graficas xs) dibuja las gráficas de los números de dígitos del factorial de k (para k en xs) y de la recta y = 5.5 x. Por ejemplo, (graficas [0,500..10^6]) dibuja

Nota: Este ejercicio está basado en el problema How many digits? de Kattis en donde se impone la restricción de calcular, en menos de 1 segundo, el número de dígitos de los factoriales de 10.000 números del rango [0,1.000.000].

Se puede simular como sigue

   λ> import System.Random 
   λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
   λ> maximum (map nDigitosFact xs)
   5561492
   λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]
   λ> maximum (map nDigitosFact xs)
   5563303

λ> import System.Random

λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

λ> maximum (map nDigitosFact xs)

5561492

λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^3]]

λ> maximum (map nDigitosFact xs)

5563303

Soluciones

import Data.List (genericLength, genericIndex)
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición
nDigitosFact1 :: Integer -> Integer
nDigitosFact1 n =
  genericLength (show (product [1..n]))

-- 2ª definición (usando logaritmos)
-- =================================

-- Basado en
--    nDigitos (n!) = 1 + floor (log (n!))
--                  = 1 + floor (log (1*2*3*...*n))
--                  = 1 + floor (log(1) + log(2) + log(3) +...+ log(n))

nDigitosFact2 :: Integer -> Integer
nDigitosFact2 n =
  1 + floor (sum [logBase 10 (fromIntegral k) | k <- [1..n]])

-- 3ª definición (usando logaritmos y programación dinámica)
-- =========================================================

nDigitosFact3 :: Integer -> Integer
nDigitosFact3 0 = 1
nDigitosFact3 n = 1 + floor ((sumLogs `genericIndex` (n-1)) / log 10)

logs :: [Double]
logs = map log [1..]

sumLogs :: [Double]
sumLogs = scanl1 (+) logs

-- 4ª definición (Usando la fórmula de Kamenetsky)
-- ===============================================

-- La fórmula se encuentra en https://oeis.org/A034886

nDigitosFact4 :: Integer -> Integer
nDigitosFact4 0 = 1
nDigitosFact4 1 = 1
nDigitosFact4 n =
  1 + floor (m * logBase 10 (m/e) + logBase 10 (2*pi*m)/2)
  where m = fromIntegral n
        e = exp 1

--    λ> nDigitosFact1 (4*10^4)
--    166714
--    (5.61 secs, 1,649,912,864 bytes)
--    λ> nDigitosFact2 (4*10^4)
--    166714
--    (0.10 secs, 13,741,360 bytes)
--
--    λ> nDigitosFact2 (7*10^5)
--    3787566
--    (1.86 secs, 187,666,328 bytes)
--    λ> nDigitosFact3 (7*10^5)
--    3787566
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    λ> nDigitosFact3 (7*10^5)
--    3787566
--    (1.01 secs, 238,682,064 bytes)
--    λ> nDigitosFact4 (7*10^5)
--    3787566
--    (0.01 secs, 0 bytes)
-- 
--    λ> import System.Random 
--    λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^2]]
--    λ> maximum (map nDigitosFact3 xs)
--    5565097
--    (11.19 secs, 7,336,595,440 bytes)
--    λ> maximum (map nDigitosFact4 xs)
--    5565097
--    (0.01 secs, 0 bytes)

graficas :: [Integer] -> IO ()
graficas xs = 
    plotLists [Key Nothing]
              [p1, p2]
    where p1, p2 :: [(Float, Float)]
          p1 = [(fi k, fi (nDigitosFact4 k)) | k <- xs]
          p2 = [(k',5.5*k') | k <- xs, let k' = fi k]
          fi = fromIntegral

import Data.List (genericLength, genericIndex)

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición

nDigitosFact1 :: Integer -> Integer

nDigitosFact1 n =

genericLength (show (product [1..n]))

-- 2ª definición (usando logaritmos)

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

-- Basado en

-- nDigitos (n!) = 1 + floor (log (n!))

-- = 1 + floor (log (1*2*3*...*n))

-- = 1 + floor (log(1) + log(2) + log(3) +...+ log(n))

nDigitosFact2 :: Integer -> Integer

nDigitosFact2 n =

1 + floor (sum [logBase 10 (fromIntegral k) | k <- [1..n]])

-- 3ª definición (usando logaritmos y programación dinámica)

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

nDigitosFact3 :: Integer -> Integer

nDigitosFact3 0 = 1

nDigitosFact3 n = 1 + floor ((sumLogs `genericIndex` (n-1)) / log 10)

logs :: [Double]

logs = map log [1..]

sumLogs :: [Double]

sumLogs = scanl1 (+) logs

-- 4ª definición (Usando la fórmula de Kamenetsky)

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

-- La fórmula se encuentra en https://oeis.org/A034886

nDigitosFact4 :: Integer -> Integer

nDigitosFact4 0 = 1

nDigitosFact4 1 = 1

nDigitosFact4 n =

1 + floor (m * logBase 10 (m/e) + logBase 10 (2*pi*m)/2)

where m = fromIntegral n

e = exp 1

-- λ> nDigitosFact1 (4*10^4)

-- 166714

-- (5.61 secs, 1,649,912,864 bytes)

-- λ> nDigitosFact2 (4*10^4)

-- 166714

-- (0.10 secs, 13,741,360 bytes)

-- λ> nDigitosFact2 (7*10^5)

-- 3787566

-- (1.86 secs, 187,666,328 bytes)

-- λ> nDigitosFact3 (7*10^5)

-- 3787566

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> nDigitosFact3 (7*10^5)

-- 3787566

-- (1.01 secs, 238,682,064 bytes)

-- λ> nDigitosFact4 (7*10^5)

-- 3787566

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> import System.Random

-- λ> xs <- sequence [randomRIO (0,10^6) | _ <- [1..10^2]]

-- λ> maximum (map nDigitosFact3 xs)

-- 5565097

-- (11.19 secs, 7,336,595,440 bytes)

-- λ> maximum (map nDigitosFact4 xs)

-- 5565097

-- (0.01 secs, 0 bytes)

graficas :: [Integer] -> IO ()

graficas xs =

plotLists [Key Nothing]

[p1, p2]

where p1, p2 :: [(Float, Float)]

p1 = [(fi k, fi (nDigitosFact4 k)) | k <- xs]

p2 = [(k',5.5*k') | k <- xs, let k' = fi k]

fi = fromIntegral

Cálculo de pi mediante la serie de Nilakantha

PorJosé A. Alonso 1-marzo-201726-marzo-2022

Una serie infinita para el cálculo de pi, publicada por Nilakantha en el siglo XV, es

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   tabla          :: FilePath -> [Int] -> IO ()

1 2	aproximacionPi :: Int -> Double tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tales que

(aproximacionPi n) es la n-ésima aproximación de pi obtenido sumando los n primeros términos de la serie de Nilakantha. Por ejemplo,

     aproximacionPi 0        ==  3.0
     aproximacionPi 1        ==  3.1666666666666665
     aproximacionPi 2        ==  3.1333333333333333
     aproximacionPi 3        ==  3.145238095238095
     aproximacionPi 4        ==  3.1396825396825396
     aproximacionPi 5        ==  3.1427128427128426
     aproximacionPi 10       ==  3.1414067184965018
     aproximacionPi 100      ==  3.1415924109719824
     aproximacionPi 1000     ==  3.141592653340544
     aproximacionPi 10000    ==  3.141592653589538
     aproximacionPi 100000   ==  3.1415926535897865
     aproximacionPi 1000000  ==  3.141592653589787
     pi                      ==  3.141592653589793

aproximacionPi 0 == 3.0

aproximacionPi 1 == 3.1666666666666665

aproximacionPi 2 == 3.1333333333333333

aproximacionPi 3 == 3.145238095238095

aproximacionPi 4 == 3.1396825396825396

aproximacionPi 5 == 3.1427128427128426

aproximacionPi 10 == 3.1414067184965018

aproximacionPi 100 == 3.1415924109719824

aproximacionPi 1000 == 3.141592653340544

aproximacionPi 10000 == 3.141592653589538

aproximacionPi 100000 == 3.1415926535897865

aproximacionPi 1000000 == 3.141592653589787

pi == 3.141592653589793

(tabla f ns) escribe en el fichero f las n-ésimas aproximaciones de pi, donde n toma los valores de la lista ns, junto con sus errores. Por ejemplo, al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,10..100]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|   10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |
|   20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |
|   30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |
|   40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |
|   50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |
|   60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |
|   70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |
|   80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |
|   90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |
|  100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 10 | 3.141406718497 | 0.000185935093 |

| 20 | 3.141565734659 | 0.000026918931 |

| 30 | 3.141584272675 | 0.000008380915 |

| 40 | 3.141589028941 | 0.000003624649 |

| 50 | 3.141590769850 | 0.000001883740 |

| 60 | 3.141591552546 | 0.000001101044 |

| 70 | 3.141591955265 | 0.000000698325 |

| 80 | 3.141592183260 | 0.000000470330 |

| 90 | 3.141592321886 | 0.000000331704 |

| 100 | 3.141592410972 | 0.000000242618 |

+------+----------------+----------------+

y al evaluar la expresión

     tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

1	tabla "AproximacionesPi.txt" [0,500..5000]

hace que el contenido del fichero «AproximacionesPi.txt» sea

+------+----------------+----------------+
| n    | Aproximación   | Error          |
+------+----------------+----------------+
|    0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |
|  500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |
| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |
| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |
| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |
| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |
| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |
| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |
| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |
| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |
| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |
+------+----------------+----------------+

+------+----------------+----------------+

| n | Aproximación | Error |

+------+----------------+----------------+

| 0 | 3.000000000000 | 0.141592653590 |

| 500 | 3.141592651602 | 0.000000001988 |

| 1000 | 3.141592653341 | 0.000000000249 |

| 1500 | 3.141592653516 | 0.000000000074 |

| 2000 | 3.141592653559 | 0.000000000031 |

| 2500 | 3.141592653574 | 0.000000000016 |

| 3000 | 3.141592653581 | 0.000000000009 |

| 3500 | 3.141592653584 | 0.000000000006 |

| 4000 | 3.141592653586 | 0.000000000004 |

| 4500 | 3.141592653587 | 0.000000000003 |

| 5000 | 3.141592653588 | 0.000000000002 |

+------+----------------+----------------+

Nota: Este ejercicio ha sido propuesto por Manuel Herrera.

Referencias

The discovery of the series formula for π by Leibniz, Gregory and Nilakantha por Ranjan Roy.

Soluciones

import Text.Printf

-- 1ª definición
-- =============

aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]
serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]
terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores
  where numeradores   = 3 : cycle [4,-4]
        denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()
tabla f ns = do
  writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String
tablaAux ns =
     linea
  ++ cabecera
  ++ linea
  ++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e
            | n <- ns
            , let a = aproximacionPi n
            , let e = abs (pi - a)]
  ++ linea

linea :: String
linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String
cabecera = "| n    | Aproximación   | Error          |\n"

import Text.Printf

-- 1ª definición

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

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n = serieNilakantha !! n

serieNilakantha :: [Double]

serieNilakantha = scanl1 (+) terminosNilakantha

terminosNilakantha :: [Double]

terminosNilakantha = zipWith (/) numeradores denominadores

where numeradores = 3 : cycle [4,-4]

denominadores = 1 : [n*(n+1)*(n+2) | n <- [2,4..]]

tabla :: FilePath -> [Int] -> IO ()

tabla f ns = do

writeFile f (tablaAux ns)

tablaAux :: [Int] -> String

tablaAux ns =

linea

++ cabecera

++ linea

++ concat [printf "| %4d | %.12f | %.12f |\n" n a e

| n <- ns

, let a = aproximacionPi n

, let e = abs (pi - a)]

++ linea

linea :: String

linea = "+------+----------------+----------------+\n"

cabecera :: String

cabecera = "| n | Aproximación | Error |\n"

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