sqrt – Exercitium

Número de divisores

PorJosé A. Alonso 13-mayo-2022

Definir la función

   numeroDivisores :: Integer -> Integer

1	numeroDivisores :: Integer -> Integer

tal que (numeroDivisores x) es el número de divisores de x. Por ejemplo,

   numeroDivisores 12  ==  6
   numeroDivisores 25  ==  3
   length (show (numeroDivisores (product [1..3*10^4])))  ==  1948

numeroDivisores 12 == 6

numeroDivisores 25 == 3

length (show (numeroDivisores (product [1..3*10^4]))) == 1948

Soluciones

import Data.List (genericLength, group, inits)
import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

numeroDivisores1 :: Integer -> Integer
numeroDivisores1 x =
  genericLength [y | y <- [1..x], x `mod` y == 0]

-- 2ª solución
-- ===========

numeroDivisores2 :: Integer -> Integer
numeroDivisores2 1 = 1
numeroDivisores2 x
  | esCuadrado x = 2 * genericLength [y | y <- [1..raizEntera x], x `mod` y == 0] - 1
  | otherwise    = 2 * genericLength [y | y <- [1..raizEntera x], x `mod` y == 0]

-- (raizEntera x) es el mayor número entero cuyo cuadrado es menor o
-- igual que x. Por ejemplo,
--    raizEntera 3  ==  1
--    raizEntera 4  ==  2
--    raizEntera 5  ==  2
--    raizEntera 8  ==  2
--    raizEntera 9  ==  3
raizEntera :: Integer -> Integer
raizEntera x = floor (sqrt (fromInteger x))

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un cuadrado perfecto. Por ejemplo,
--    esCuadrado 9  ==  True
--    esCuadrado 7  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x =
  x == (raizEntera x)^2

-- 3ª solución
-- ===========

numeroDivisores3 :: Integer -> Integer
numeroDivisores3 =
  genericLength . divisores

-- (divisores x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores 12  ==  [1,3,2,6,4,12]
--    divisores 25  ==  [1,5,25]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores = map (product . concat)
          . productoCartesiano
          . map inits
          . group
          . primeFactors

-- (productoCartesiano xss) es el producto cartesiano de los conjuntos
-- xss. Por ejemplo,
--    λ> productoCartesiano [[1,3],[2,5],[6,4]]
--    [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]
productoCartesiano :: [[a]] -> [[a]]
productoCartesiano []       = [[]]
productoCartesiano (xs:xss) =
  [x:ys | x <- xs, ys <- productoCartesiano xss]

-- 4ª solución
-- ===========

numeroDivisores4 :: Integer -> Integer
numeroDivisores4 = genericLength
                 . map (product . concat)
                 . sequence
                 . map inits
                 . group
                 . primeFactors

-- 5ª solución
-- ===========

numeroDivisores5 :: Integer -> Integer
numeroDivisores5 =
  product . map ((+1) . genericLength) . group . primeFactors

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

-- La propiedad es
prop_numeroDivisores :: Positive Integer -> Bool
prop_numeroDivisores (Positive x) =
  all (== numeroDivisores1 x)
      [ numeroDivisores2 x
      , numeroDivisores3 x
      , numeroDivisores4 x
      , numeroDivisores5 x]

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

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

-- La comparación es
--    λ> numeroDivisores1 (product [1..10])
--    270
--    (1.67 secs, 726,327,208 bytes)
--    λ> numeroDivisores2 (product [1..10])
--    270
--    (0.01 secs, 929,000 bytes)
--
--    λ> numeroDivisores2 (product [1..16])
--    5376
--    (2.10 secs, 915,864,664 bytes)
--    λ> numeroDivisores3 (product [1..16])
--    5376
--    (0.01 secs, 548,472 bytes)
--
--    λ> numeroDivisores3 (product [1..30])
--    2332800
--    (3.80 secs, 4,149,811,688 bytes)
--    λ> numeroDivisores4 (product [1..30])
--    2332800
--    (0.59 secs, 722,253,848 bytes)
--    λ> numeroDivisores5 (product [1..30])
--    2332800
--    (0.00 secs, 587,856 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

import Data.List (genericLength, group, inits)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

numeroDivisores1 :: Integer -> Integer

numeroDivisores1 x =

genericLength [y | y <- [1..x], x `mod` y == 0]

-- 2ª solución

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

numeroDivisores2 :: Integer -> Integer

numeroDivisores2 1 = 1

numeroDivisores2 x

| esCuadrado x = 2 * genericLength [y | y <- [1..raizEntera x], x `mod` y == 0] - 1

| otherwise = 2 * genericLength [y | y <- [1..raizEntera x], x `mod` y == 0]

-- (raizEntera x) es el mayor número entero cuyo cuadrado es menor o

-- igual que x. Por ejemplo,

-- raizEntera 3 == 1

-- raizEntera 4 == 2

-- raizEntera 5 == 2

-- raizEntera 8 == 2

-- raizEntera 9 == 3

raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera x = floor (sqrt (fromInteger x))

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un cuadrado perfecto. Por ejemplo,

-- esCuadrado 9 == True

-- esCuadrado 7 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x =

x == (raizEntera x)^2

-- 3ª solución

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

numeroDivisores3 :: Integer -> Integer

numeroDivisores3 =

genericLength . divisores

-- (divisores x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores 12 == [1,3,2,6,4,12]

-- divisores 25 == [1,5,25]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores = map (product . concat)

. productoCartesiano

. map inits

. group

. primeFactors

-- (productoCartesiano xss) es el producto cartesiano de los conjuntos

-- xss. Por ejemplo,

-- λ> productoCartesiano [[1,3],[2,5],[6,4]]

-- [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]

productoCartesiano :: [[a]] -> [[a]]

productoCartesiano [] = [[]]

productoCartesiano (xs:xss) =

[x:ys | x <- xs, ys <- productoCartesiano xss]

-- 4ª solución

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

numeroDivisores4 :: Integer -> Integer

numeroDivisores4 = genericLength

. map (product . concat)

. sequence

. map inits

. group

. primeFactors

-- 5ª solución

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

numeroDivisores5 :: Integer -> Integer

numeroDivisores5 =

product . map ((+1) . genericLength) . group . primeFactors

-- Comprobación de equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_numeroDivisores :: Positive Integer -> Bool

prop_numeroDivisores (Positive x) =

all (== numeroDivisores1 x)

[ numeroDivisores2 x

, numeroDivisores3 x

, numeroDivisores4 x

, numeroDivisores5 x]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_numeroDivisores

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> numeroDivisores1 (product [1..10])

-- 270

-- (1.67 secs, 726,327,208 bytes)

-- λ> numeroDivisores2 (product [1..10])

-- 270

-- (0.01 secs, 929,000 bytes)

-- λ> numeroDivisores2 (product [1..16])

-- 5376

-- (2.10 secs, 915,864,664 bytes)

-- λ> numeroDivisores3 (product [1..16])

-- 5376

-- (0.01 secs, 548,472 bytes)

-- λ> numeroDivisores3 (product [1..30])

-- 2332800

-- (3.80 secs, 4,149,811,688 bytes)

-- λ> numeroDivisores4 (product [1..30])

-- 2332800

-- (0.59 secs, 722,253,848 bytes)

-- λ> numeroDivisores5 (product [1..30])

-- 2332800

-- (0.00 secs, 587,856 bytes)

El código se encuentra en GitHub.

La menos conocida de las conjeturas de Goldbach

PorJosé A. Alonso 7-febrero-202017-febrero-2020

Goldbach, el de la famosa conjetura, hizo por lo menos otra conjetura que finalmente resultó ser falsa.

Esta última decía que todo número compuesto impar puede expresarse como la suma de un número primo más dos veces la suma de un cuadrado. Así por ejemplo,

    9 =  7 + 2×1^2
   15 =  7 + 2×2^2
   21 =  3 + 2×3^2
   25 =  7 + 2×3^2
   27 = 19 + 2×2^2
   33 = 31 + 2×1^2

9 = 7 + 2×1^2

15 = 7 + 2×2^2

21 = 3 + 2×3^2

25 = 7 + 2×3^2

27 = 19 + 2×2^2

33 = 31 + 2×1^2

Definir las sucesiones

   imparesCompuestos :: [Integer]
   descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   contraejemplosGoldbach :: [Integer]

imparesCompuestos :: [Integer]

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

contraejemplosGoldbach :: [Integer]

tales que

imparesCompuestos es la lista de los números impares compuestos. Por ejemplo,

     take 9 imparesCompuestos  ==  [9,15,21,25,27,33,35,39,45]

1	take 9 imparesCompuestos == [9,15,21,25,27,33,35,39,45]

(descomposiciones n) es la lista de las descomposiciones de n de n como la suma de un número primo más dos veces la suma de un cuadrado. Por ejemplo,

     descomposiciones 9     ==  [(7,1)]
     descomposiciones 21    ==  [(3,9),(13,4),(19,1)]
     descomposiciones 5777  ==  []

descomposiciones 9 == [(7,1)]

descomposiciones 21 == [(3,9),(13,4),(19,1)]

descomposiciones 5777 == []

Las 3 descomposiciones de 21 son

     21 =  3 + 2*9 = 21 + 2*3^2
     21 = 13 + 2*4 = 13 + 2*3^2
     21 = 19 + 2*1 = 19 + 2*1^2

21 = 3 + 2*9 = 21 + 2*3^2

21 = 13 + 2*4 = 13 + 2*3^2

21 = 19 + 2*1 = 19 + 2*1^2

contraejemplosGoldbach es la lista de los contraejemplos de la anterior conjetura de Goldbach; es decir, los números impares compuestos que no pueden expresarse como la suma de un número primo más dos veces la suma de un cuadrado. Por ejemplo,

   take 2 contraejemplosGoldbach  ==  [5777,5993]

1	take 2 contraejemplosGoldbach == [5777,5993]

Comprobar con QuickCheck que la conjetura de Golbach se verifica a partir de 5993; es decir, todo número compuesto impar mayor que 5993 puede expresarse como la suma de un número primo más dos veces la suma de un cuadrado.

Nota: Basado en el artículo La menos conocida de las conjeturas de Goldbach de Claudio Meller en el blog Números y algo más.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes
import Test.QuickCheck

imparesCompuestos :: [Integer]
imparesCompuestos = filter esCompuesto [3,5..]

-- (esCompuesto x) se verifica si x es un número compuesto. Por ejemplo,
--    esCompuesto 6  ==  True
--    esCompuesto 7  ==  False
esCompuesto :: Integer -> Bool
esCompuesto = not . isPrime

contraejemplosGoldbach :: [Integer]
contraejemplosGoldbach = filter esContraejemplo imparesCompuestos

-- (esContraejemplo x) es verifica si el número impar compuesto x es un
-- contraejemplo de la conjetura de Goldbach. Por ejemplo,
--    esContraejemplo 5777  ==  True
--    esContraejemplo 15    ==  False
esContraejemplo :: Integer -> Bool
esContraejemplo = null . descomposiciones

descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposiciones n =
  [(p,x) | p <- takeWhile (<=n) primes
         , (n - p) `mod` 2 == 0
         , let x = (n - p) `div` 2
         , esCuadrado x]

-- (esCuadrado x) es verifica si x es un cuadrado perfecto. Por ejemplo, 
--    esCuadrado 16  ==  True
--    esCuadrado 27  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = y^2 == x
  where y = ceiling (sqrt (fromIntegral x))

-- La propiedad es
prop_conjetura :: Int -> Property
prop_conjetura n =
  n >= 0 ==> not (esContraejemplo (imparesCompuestosMayore5993 !! n))
  where imparesCompuestosMayore5993 = dropWhile (<=5993) imparesCompuestos

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

import Data.Numbers.Primes

import Test.QuickCheck

imparesCompuestos :: [Integer]

imparesCompuestos = filter esCompuesto [3,5..]

-- (esCompuesto x) se verifica si x es un número compuesto. Por ejemplo,

-- esCompuesto 6 == True

-- esCompuesto 7 == False

esCompuesto :: Integer -> Bool

esCompuesto = not . isPrime

contraejemplosGoldbach :: [Integer]

contraejemplosGoldbach = filter esContraejemplo imparesCompuestos

-- (esContraejemplo x) es verifica si el número impar compuesto x es un

-- contraejemplo de la conjetura de Goldbach. Por ejemplo,

-- esContraejemplo 5777 == True

-- esContraejemplo 15 == False

esContraejemplo :: Integer -> Bool

esContraejemplo = null . descomposiciones

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

descomposiciones n =

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

, (n - p) `mod` 2 == 0

, let x = (n - p) `div` 2

, esCuadrado x]

-- (esCuadrado x) es verifica si x es un cuadrado perfecto. Por ejemplo,

-- esCuadrado 16 == True

-- esCuadrado 27 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = y^2 == x

where y = ceiling (sqrt (fromIntegral x))

-- La propiedad es

prop_conjetura :: Int -> Property

prop_conjetura n =

n >= 0 ==> not (esContraejemplo (imparesCompuestosMayore5993 !! n))

where imparesCompuestosMayore5993 = dropWhile (<=5993) imparesCompuestos

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_conjetura

-- +++ 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

«Obvio es la palabra más peligrosa de las matemáticas.»

Eric Temple Bell

La conjetura de Mertens

PorJosé A. Alonso 27-enero-20203-febrero-2020

Un número entero n es libre de cuadrados si no existe un número primo p tal que p² divide a n; es decir, los factores primos de n son todos distintos.

La función de Möbius μ(n) está definida para todos los enteros positivos como sigue:

μ(n) = 1 si n es libre de cuadrados y tiene un número par de factores primos.
μ(n) = -1 si n es libre de cuadrados y tiene un número impar de factores primos.
μ(n) = 0 si n no es libre de cuadrados.

Sus primeros valores son 1, -1, -1, 0, -1, 1, -1, 0, 0, 1, …

La función de Mertens M(n) está definida para todos los enteros positivos como la suma de μ(k) para 1 ≤ k ≤ n. Sus primeros valores son 1, 0, -1, -1, -2, -1, -2, -2, …

La conjetura de Mertens afirma que

Para todo entero x mayor que 1, el valor absoluto de la función de Mertens en x es menor que la raíz cuadrada de x.

La conjetura fue planteada por Franz Mertens en 1897. Riele Odlyzko, demostraronen 1985 que la conjetura de Mertens deja de ser cierta más o menos a partir de $10^{10^{64}}$ , cifra que luego de algunos refinamientos se redujo a $10^{10^{40}}$ .

Definir las funciones

   mobius :: Integer -> Integer
   mertens :: Integer -> Integer
   graficaMertens :: Integer -> IO ()

mobius :: Integer -> Integer

mertens :: Integer -> Integer

graficaMertens :: Integer -> IO ()

tales que

(mobius n) es el valor de la función de Möbius en n. Por ejemplo,

     mobius 6   ==  1
     mobius 30  ==  -1
     mobius 12  ==  0

mobius 6 == 1

mobius 30 == -1

mobius 12 == 0

(mertens n) es el valor de la función de Mertens en n. Por ejemplo,

     mertens 1     ==  1
     mertens 2     ==  0
     mertens 3     ==  -1
     mertens 5     ==  -2
     mertens 661   ==  -11
     mertens 1403  ==  11

mertens 1 == 1

mertens 2 == 0

mertens 3 == -1

mertens 5 == -2

mertens 661 == -11

mertens 1403 == 11

(graficaMertens n) dibuja la gráfica de la función de Mertens, la raíz cuadrada y el opuestos de la raíz cuadrada para los n primeros n enteros positivos. Por ejemplo, (graficaMertens 1000) dibuja

Comprobar con QuickCheck la conjetura de Mertens.

Nota: El ejercicio está basado en La conjetura de Merterns y su relación con un número tan raro como extremada y colosalmente grande publicado por @Alvy la semana pasada en Microsiervos.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)
import Test.QuickCheck
import Graphics.Gnuplot.Simple

mobius :: Integer -> Integer
mobius n | tieneRepetidos xs = 0
         | otherwise         = (-1)^(length xs)
  where xs = primeFactors n

tieneRepetidos :: [Integer] -> Bool
tieneRepetidos xs =
  or [x == y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]
        
mertens :: Integer -> Integer
mertens n = sum (map mobius [1..n])

-- Definición de graficaMertens
-- ============================

graficaMertens :: Integer -> IO ()
graficaMertens n = do
  plotLists [ Key Nothing
            , Title "Conjetura de Mertens"
            , PNG "La_conjetura_de_Mertens.png"
            ]
            [ [mertens k | k <- [1..n]]
            , raices
            , map negate raices
            ]
    
  where
    raices = [ceiling (sqrt k) | k <- [1..fromIntegral n]]

-- Conjetura de Mertens
-- ====================

-- La conjetura es
conjeturaDeMertens :: Integer -> Property
conjeturaDeMertens n =
  n > 1
  ==>
  abs (mertens n) < ceiling (sqrt n')
  where n' = fromIntegral n

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

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

import Test.QuickCheck

import Graphics.Gnuplot.Simple

mobius :: Integer -> Integer

mobius n | tieneRepetidos xs = 0

| otherwise = (-1)^(length xs)

where xs = primeFactors n

tieneRepetidos :: [Integer] -> Bool

tieneRepetidos xs =

or [x == y | (x,y) <- zip xs (tail xs)]

mertens :: Integer -> Integer

mertens n = sum (map mobius [1..n])

-- Definición de graficaMertens

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

graficaMertens :: Integer -> IO ()

graficaMertens n = do

plotLists [ Key Nothing

, Title "Conjetura de Mertens"

, PNG "La_conjetura_de_Mertens.png"

]

[ [mertens k | k <- [1..n]]

, raices

, map negate raices

]

where

raices = [ceiling (sqrt k) | k <- [1..fromIntegral n]]

-- Conjetura de Mertens

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

-- La conjetura es

conjeturaDeMertens :: Integer -> Property

conjeturaDeMertens n =

n > 1

==>

abs (mertens n) < ceiling (sqrt n')

where n' = fromIntegral n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck conjeturaDeMertens

-- +++ 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

«El control de la complejidad es la esencia de la programación informática.»

Brian Kernighan.

Productos de sumas de cuatro cuadrados

PorJosé A. Alonso 24-enero-202031-enero-2020

Definir la función

   productoSuma4Cuadrados :: Integral a => [a] -> [a] -> [a] -> [a] -> a

1	productoSuma4Cuadrados :: Integral a => [a] -> [a] -> [a] -> [a] -> a

tal que (productoSuma4Cuadrados as bs cs ds) es el producto de las sumas de los cuadrados de cada una de las listas que ocupan la misma posición (hasta que alguna se acaba). Por ejemplo,

   productoSuma4Cuadrados [2,3] [1,5] [4,6] [0,3,9]
   = (2² + 1² + 4² + 0²) * (3² + 5² + 6² + 3²)
   = (4 +  1 + 16  + 0)  * (9 + 25 + 36  + 9)
   = 1659

productoSuma4Cuadrados [2,3] [1,5] [4,6] [0,3,9]

= (2² + 1² + 4² + 0²) * (3² + 5² + 6² + 3²)

= (4 + 1 + 16 + 0) * (9 + 25 + 36 + 9)

= 1659

Comprobar con QuickCheckWith que si as, bs cs y ds son listas no vacías de enteros positivos, entonces (productoSuma4Cuadrados as bs cs ds) se puede escribir como la suma de los cuadrados de cuatro enteros positivos.

Soluciones

import Data.List (zip4)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

productoSuma4Cuadrados :: Integral a => [a] -> [a] -> [a] -> [a] -> a
productoSuma4Cuadrados (a:as) (b:bs) (c:cs) (d:ds) =
  (a^2+b^2+c^2+d^2) * productoSuma4Cuadrados as bs cs ds
productoSuma4Cuadrados _ _ _ _ = 1

-- 2ª solución
-- ===========

productoSuma4Cuadrados2 :: Integral a => [a] -> [a] -> [a] -> [a] -> a
productoSuma4Cuadrados2 as bs cs ds =
  product [a^2 + b^2 + c^2 + d^2 | (a,b,c,d) <- zip4 as bs cs ds]

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

-- La propiedad es
prop_productoSuma4Cuadrados ::
  [Integer] -> [Integer] -> [Integer] -> [Integer] -> Property
prop_productoSuma4Cuadrados as bs cs ds =
  all (not . null) [as, bs, cs, ds]
  ==> 
  esSuma4Cuadrados (productoSuma4Cuadrados as' bs' cs' ds')
  where as' = [1 + abs a | a <- as]
        bs' = [1 + abs b | b <- bs]
        cs' = [1 + abs c | c <- cs]
        ds' = [1 + abs d | d <- ds]

-- (esSuma4Cuadrados n) se verifica si n es la suma de 4 cuadrados. Por
-- ejemplo, 
--    esSuma4Cuadrados 42  ==  True
--    esSuma4Cuadrados 11  ==  False
--    esSuma4Cuadrados 41  ==  False
esSuma4Cuadrados :: Integer -> Bool
esSuma4Cuadrados = not . null . sumas4Cuadrados

-- (sumas4Cuadrados n) es la lista de las descomposiciones de n como
-- sumas de 4 cuadrados. Por ejemplo,
--    sumas4Cuadrados 42  ==  [(16,16,9,1),(25,9,4,4),(36,4,1,1)]
sumas4Cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]
sumas4Cuadrados n =
  [(a^2,b^2,c^2,d) | a <- [1 .. floor (sqrt (fromIntegral n / 4))]
                   , b <- [a .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2) / 3))]
                   , c <- [b .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2-b^2) / 2))]
                   , let d = n - a^2 - b^2 - c^2
                   , c^2 <= d 
                   , esCuadrado d]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = x == y * y
  where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz 25  ==  5
--    raiz 24  ==  4
--    raiz 26  ==  5
raiz :: Integer -> Integer
raiz x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- La comprobación es
--    λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=5}) prop_productoSuma4Cuadrados
--    +++ OK, passed 100 tests.

import Data.List (zip4)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

productoSuma4Cuadrados :: Integral a => [a] -> [a] -> [a] -> [a] -> a

productoSuma4Cuadrados (a:as) (b:bs) (c:cs) (d:ds) =

(a^2+b^2+c^2+d^2) * productoSuma4Cuadrados as bs cs ds

productoSuma4Cuadrados _ _ _ _ = 1

-- 2ª solución

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

productoSuma4Cuadrados2 :: Integral a => [a] -> [a] -> [a] -> [a] -> a

productoSuma4Cuadrados2 as bs cs ds =

product [a^2 + b^2 + c^2 + d^2 | (a,b,c,d) <- zip4 as bs cs ds]

-- Propiedad

-- =========

-- La propiedad es

prop_productoSuma4Cuadrados ::

[Integer] -> [Integer] -> [Integer] -> [Integer] -> Property

prop_productoSuma4Cuadrados as bs cs ds =

all (not . null) [as, bs, cs, ds]

==>

esSuma4Cuadrados (productoSuma4Cuadrados as' bs' cs' ds')

where as' = [1 + abs a | a <- as]

bs' = [1 + abs b | b <- bs]

cs' = [1 + abs c | c <- cs]

ds' = [1 + abs d | d <- ds]

-- (esSuma4Cuadrados n) se verifica si n es la suma de 4 cuadrados. Por

-- ejemplo,

-- esSuma4Cuadrados 42 == True

-- esSuma4Cuadrados 11 == False

-- esSuma4Cuadrados 41 == False

esSuma4Cuadrados :: Integer -> Bool

esSuma4Cuadrados = not . null . sumas4Cuadrados

-- (sumas4Cuadrados n) es la lista de las descomposiciones de n como

-- sumas de 4 cuadrados. Por ejemplo,

-- sumas4Cuadrados 42 == [(16,16,9,1),(25,9,4,4),(36,4,1,1)]

sumas4Cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]

sumas4Cuadrados n =

[(a^2,b^2,c^2,d) | a <- [1 .. floor (sqrt (fromIntegral n / 4))]

, b <- [a .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2) / 3))]

, c <- [b .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2-b^2) / 2))]

, let d = n - a^2 - b^2 - c^2

, c^2 <= d

, esCuadrado d]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = x == y * y

where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz 25 == 5

-- raiz 24 == 4

-- raiz 26 == 5

raiz :: Integer -> Integer

raiz x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- La comprobación es

-- λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=5}) prop_productoSuma4Cuadrados

-- +++ 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

¿Vivir? Sencillamente:
la sed y el agua cerca …
o el agua lejos, más, la sed y el agua,
un poco de cansancio ¡y a beberla!.

Antonio Machado

Sumas de cuatro cuadrados

PorJosé A. Alonso 23-enero-202030-enero-2020

El número 42 es una suma de cuatro cuadrados de números enteros positivos ya que

   42 = 16 + 16 + 9 + 1 = 4² + 4² + 3² + 1²

1	42 = 16 + 16 + 9 + 1 = 4² + 4² + 3² + 1²

Definir las funciones

   sumas4Cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]
   graficaNumeroSumas4Cuadrados :: Integer -> IO ()

1 2	sumas4Cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)] graficaNumeroSumas4Cuadrados :: Integer -> IO ()

tales que

(sumas4Cuadrados n) es la lista de las descompociones de n como suma de cuatro cuadrados. Por ejemplo,

     sumas4Cuadrados 42  ==  [(16,16,9,1),(25,9,4,4),(36,4,1,1)]
     sumas4Cuadrados 14  ==  []
     length (sumas4Cuadrados (5*10^4))  ==  260

sumas4Cuadrados 42 == [(16,16,9,1),(25,9,4,4),(36,4,1,1)]

sumas4Cuadrados 14 == []

length (sumas4Cuadrados (5*10^4)) == 260

(graficaNumeroSumas4Cuadrados n) dibuja la gráfica del número de descomposiciones en sumas de 4 cuadrados de los n primeros. Por ejemplo, (graficaNumeroSumas4Cuadrados 600) dibuja

Soluciones

Pensamiento

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición de sumas4Cuadrados
-- ================================

sumas4Cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]
sumas4Cuadrados n =
  [(a^2,b^2,c^2,d) | a <- [1..n]
                   , b <- [a..n]
                   , c <- [b..n]
                   , let d = n - a^2 - b^2 - c^2
                   , c^2 <= d 
                   , esCuadrado d]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = x == y * y
  where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz 25  ==  5
--    raiz 24  ==  4
--    raiz 26  ==  5
raiz :: Integer -> Integer
raiz x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 2ª definición de sumas4Cuadrados
-- ================================

-- Los intervalos de búqueda en la definición anterior se pueden reducir
-- teniendo en cuenta las siguientes restricciones
--    1 <= a <= b <= c <= d 
--    n = a² + b² + c² + d² >= 4a² ==> a <= sqrt (n/4)
--    n - a² = b² + c² + d² >= 3b² ==> b <= sqrt ((n-a²)/3)
--    n - a² - b² = c² + d² >= 2c² ==> c <= sqrt ((n-a²-b²)/2)

sumas4Cuadrados2 :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]
sumas4Cuadrados2 n =
  [(a^2,b^2,c^2,d) | a <- [1 .. floor (sqrt (fromIntegral n / 4))]
                   , b <- [a .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2) / 3))]
                   , c <- [b .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2-b^2) / 2))]
                   , let d = n - a^2 - b^2 - c^2
                   , c^2 <= d 
                   , esCuadrado d]

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

-- La comprobación es
--    λ> length (sumas4Cuadrados 300)
--    11
--    (7.93 secs, 11,280,814,312 bytes)
--    λ> length (sumas4Cuadrados2 300)
--    11
--    (0.01 secs, 901,520 bytes)

-- Definición de graficaConvergencia
-- ==================================

graficaNumeroSumas4Cuadrados :: Integer -> IO ()
graficaNumeroSumas4Cuadrados n =
  plotList [ Key Nothing
           , Title "Numero de sumas como 4 cuadrados"
           , PNG "Sumas_de_cuatro_cuadrados.png"
           ]
           [length (sumas4Cuadrados2 k) | k <- [0..n]] 

-- Definición de esSuma4Cuadrados
-- ==============================

-- (esSuma4Cuadrados n) se verifica si n es la suma de 4 cuadrados. Por
-- ejemplo, 
--    esSuma4Cuadrados 42  ==  True
--    esSuma4Cuadrados 11  ==  False
--    esSuma4Cuadrados 41  ==  False
esSuma4Cuadrados :: Integer -> Bool
esSuma4Cuadrados = not . null . sumas4Cuadrados2

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- 1ª definición de sumas4Cuadrados

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

sumas4Cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]

sumas4Cuadrados n =

[(a^2,b^2,c^2,d) | a <- [1..n]

, b <- [a..n]

, c <- [b..n]

, let d = n - a^2 - b^2 - c^2

, c^2 <= d

, esCuadrado d]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = x == y * y

where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz 25 == 5

-- raiz 24 == 4

-- raiz 26 == 5

raiz :: Integer -> Integer

raiz x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 2ª definición de sumas4Cuadrados

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

-- Los intervalos de búqueda en la definición anterior se pueden reducir

-- teniendo en cuenta las siguientes restricciones

-- 1 <= a <= b <= c <= d

-- n = a² + b² + c² + d² >= 4a² ==> a <= sqrt (n/4)

-- n - a² = b² + c² + d² >= 3b² ==> b <= sqrt ((n-a²)/3)

-- n - a² - b² = c² + d² >= 2c² ==> c <= sqrt ((n-a²-b²)/2)

sumas4Cuadrados2 :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer,Integer)]

sumas4Cuadrados2 n =

[(a^2,b^2,c^2,d) | a <- [1 .. floor (sqrt (fromIntegral n / 4))]

, b <- [a .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2) / 3))]

, c <- [b .. floor (sqrt (fromIntegral (n-a^2-b^2) / 2))]

, let d = n - a^2 - b^2 - c^2

, c^2 <= d

, esCuadrado d]

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comprobación es

-- λ> length (sumas4Cuadrados 300)

-- 11

-- (7.93 secs, 11,280,814,312 bytes)

-- λ> length (sumas4Cuadrados2 300)

-- 11

-- (0.01 secs, 901,520 bytes)

-- Definición de graficaConvergencia

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

graficaNumeroSumas4Cuadrados :: Integer -> IO ()

graficaNumeroSumas4Cuadrados n =

plotList [ Key Nothing

, Title "Numero de sumas como 4 cuadrados"

, PNG "Sumas_de_cuatro_cuadrados.png"

]

[length (sumas4Cuadrados2 k) | k <- [0..n]]

-- Definición de esSuma4Cuadrados

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

-- (esSuma4Cuadrados n) se verifica si n es la suma de 4 cuadrados. Por

-- ejemplo,

-- esSuma4Cuadrados 42 == True

-- esSuma4Cuadrados 11 == False

-- esSuma4Cuadrados 41 == False

esSuma4Cuadrados :: Integer -> Bool

esSuma4Cuadrados = not . null . sumas4Cuadrados2

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>

¿Cuál es el peor de todos
los afanes? Preguntar.
¿Y el mejor? – Hacer camino
sin volver la vista atrás.

Antonio Machado

El teorema de Navidad de Fermat

PorJosé A. Alonso 20-diciembre-201927-diciembre-2019

El 25 de diciembre de 1640, en una carta a Mersenne, Fermat demostró la conjetura de Girard: todo primo de la forma 4n+1 puede expresarse de manera única como suma de dos cuadrados. Por eso es conocido como el Teorema de Navidad de Fermat.

Definir las funciones

   representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
   primos4nM1 :: [Integer]

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primos4nM1 :: [Integer]

tales que

(representaciones n) es la lista de pares de números naturales (x,y) tales que n = x^2 + y^2 con x <= y. Por ejemplo,

     representaciones  20           ==  [(2,4)]
     representaciones  25           ==  [(0,5),(3,4)]
     representaciones 325           ==  [(1,18),(6,17),(10,15)]
     representaciones 100000147984  ==  [(0,316228)]
     length (representaciones (10^10))    ==  6
     length (representaciones (4*10^12))  ==  7

representaciones 20 == [(2,4)]

representaciones 25 == [(0,5),(3,4)]

representaciones 325 == [(1,18),(6,17),(10,15)]

representaciones 100000147984 == [(0,316228)]

length (representaciones (10^10)) == 6

length (representaciones (4*10^12)) == 7

primosImparesConRepresentacionUnica es la lista de los números primos impares que se pueden escribir exactamente de una manera como suma de cuadrados de pares de números naturales (x,y) con x <= y. Por ejemplo,

     λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

primos4nM1 es la lista de los números primos que se pueden escribir como uno más un múltiplo de 4 (es decir, que son congruentes con 1 módulo 4). Por ejemplo,

     λ> take 20 primos4nM1
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primos4nM1 [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

El teorema de Navidad de Fermat afirma que un número primo impar p se puede escribir exactamente de una manera como suma de dos cuadrados de números naturales p = x² + y^2 (con x <= y) si, y sólo si, p se puede escribir como uno más un múltiplo de 4 (es decir, que es congruente con 1 módulo 4).

Comprobar con QuickCheck el teorema de Navidad de Fermat; es decir, que para todo número n, los n-ésimos elementos de primosImparesConRepresentacionUnica y de primos4nM1 son iguales.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones n =
  [(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones2 n =
  [(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)] 
              , let z = n - x*x
              , esCuadrado z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = x == y * y
  where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz 25  ==  5
--    raiz 24  ==  4
--    raiz 26  ==  5
raiz :: Integer -> Integer 
raiz 0 = 0
raiz 1 = 1
raiz x = aux (0,x)
    where aux (a,b) | d == x    = c
                    | c == a    = a
                    | d < x     = aux (c,b)
                    | otherwise = aux (a,c) 
              where c = (a+b) `div` 2
                    d = c^2

-- 3ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones3 n =
  [(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)] 
               , let z = n - x*x
               , esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado3 25  ==  True
--    esCuadrado3 26  ==  False
esCuadrado3 :: Integer -> Bool
esCuadrado3 x = x == y * y
  where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz3 25  ==  5
--    raiz3 24  ==  4
--    raiz3 26  ==  5
raiz3 :: Integer -> Integer
raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))
          
-- 4ª definición de representaciones
-- =================================
 
representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))
  where aux x y
          | x > y     = [] 
          | otherwise = case compare (x*x + y*y) n of
                          LT -> aux (x + 1) y
                          EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)
                          GT -> aux x (y - 1)

-- Equivalencia de las definiciones de representaciones
-- ====================================================

-- La propiedad es
prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool
prop_representaciones_equiv (Positive n) =
  representaciones  n == representaciones2 n &&
  representaciones2 n == representaciones3 n &&
  representaciones3 n == representaciones4 n

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

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones
-- =================================================================

--    λ> representaciones 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)
--    λ> representaciones2 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 867,944 bytes)
--    λ> representaciones3 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 173,512 bytes)
--    λ> representaciones4 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 423,424 bytes)
--    
--    λ> length (representaciones2 (10^10))
--    6
--    (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)
--    λ> length (representaciones3 (10^10))
--    6
--    (0.10 secs, 62,349,048 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (10^10))
--    6
--    (0.11 secs, 48,052,360 bytes)
--
--    λ> length (representaciones3 (4*10^12))
--    7
--    (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (4*10^12))
--    7
--    (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica
-- =================================================

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
primosImparesConRepresentacionUnica =
  [x | x <- tail primes
     , length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1
-- ========================

primos4nM1 :: [Integer]
primos4nM1 = [x | x <- primes
                , x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat
-- ============================

-- La propiedad es
prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool
prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =
  primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n
             
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat
--    +++ OK, passed 100 tests.

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import Data.Numbers.Primes (primes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones

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

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

representaciones n =

[(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones

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

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones2 n =

[(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = x == y * y

where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz 25 == 5

-- raiz 24 == 4

-- raiz 26 == 5

raiz :: Integer -> Integer

raiz 0 = 0

raiz 1 = 1

raiz x = aux (0,x)

where aux (a,b) | d == x = c

| c == a = a

| d < x = aux (c,b)

| otherwise = aux (a,c)

where c = (a+b) `div` 2

d = c^2

-- 3ª definición de representaciones

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

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones3 n =

[(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado3 25 == True

-- esCuadrado3 26 == False

esCuadrado3 :: Integer -> Bool

esCuadrado3 x = x == y * y

where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz3 25 == 5

-- raiz3 24 == 4

-- raiz3 26 == 5

raiz3 :: Integer -> Integer

raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 4ª definición de representaciones

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

representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))

where aux x y

| x > y = []

| otherwise = case compare (x*x + y*y) n of

LT -> aux (x + 1) y

EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)

GT -> aux x (y - 1)

-- Equivalencia de las definiciones de representaciones

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

-- La propiedad es

prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool

prop_representaciones_equiv (Positive n) =

representaciones n == representaciones2 n &&

representaciones2 n == representaciones3 n &&

representaciones3 n == representaciones4 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_representaciones_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones

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

-- λ> representaciones 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)

-- λ> representaciones2 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 867,944 bytes)

-- λ> representaciones3 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 173,512 bytes)

-- λ> representaciones4 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 423,424 bytes)

-- λ> length (representaciones2 (10^10))

-- 6

-- (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (10^10))

-- 6

-- (0.10 secs, 62,349,048 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (10^10))

-- 6

-- (0.11 secs, 48,052,360 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (4*10^12))

-- 7

-- (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (4*10^12))

-- 7

-- (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primosImparesConRepresentacionUnica =

[x | x <- tail primes

, length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1

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

primos4nM1 :: [Integer]

primos4nM1 = [x | x <- primes

, x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat

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

-- La propiedad es

prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool

prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =

primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Dijo Dios: brote la nada
Y alzó su mano derecha,
hasta ocultar su mirada.
Y quedó la nada hecha.

Antonio Machado

Cálculo de pi usando la fórmula de Vieta

PorJosé A. Alonso 16-diciembre-201923-diciembre-2019

La fórmula de Vieta para el cálculo de pi es la siguiente

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   errorPi :: Double -> Int

1 2	aproximacionPi :: Int -> Double errorPi :: Double -> Int

tales que

(aproximacionPi n) es la aproximación de pi usando n factores de la fórmula de Vieta. Por ejemplo,

     aproximacionPi  5  ==  3.140331156954753
     aproximacionPi 10  ==  3.1415914215112
     aproximacionPi 15  ==  3.141592652386592
     aproximacionPi 20  ==  3.1415926535886207
     aproximacionPi 25  ==  3.141592653589795

aproximacionPi 5 == 3.140331156954753

aproximacionPi 10 == 3.1415914215112

aproximacionPi 15 == 3.141592652386592

aproximacionPi 20 == 3.1415926535886207

aproximacionPi 25 == 3.141592653589795

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

     errorPi 0.1        ==  2
     errorPi 0.01       ==  4
     errorPi 0.001      ==  6
     errorPi 0.0001     ==  7
     errorPi 1e-4       ==  7
     errorPi 1e-14      ==  24
     pi                 ==  3.141592653589793
     aproximacionPi 24  ==  3.1415926535897913

errorPi 0.1 == 2

errorPi 0.01 == 4

errorPi 0.001 == 6

errorPi 0.0001 == 7

errorPi 1e-4 == 7

errorPi 1e-14 == 24

pi == 3.141592653589793

aproximacionPi 24 == 3.1415926535897913

Soluciones

-- 1ª definición de aproximacionPi
aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = product [2 / aux x | x <- [0..n]]
  where
    aux 0 = 1
    aux 1 = sqrt 2
    aux n = sqrt (2 + aux (n-1))

-- 2ª definición de aproximacionPi
aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 n = product [2/x | x <- 1 : xs] 
  where xs = take n $ iterate (\x -> sqrt (2+x)) (sqrt 2)

-- 3ª definición de aproximaxionPi
aproximacionPi3 :: Int -> Double
aproximacionPi3 n =  product (2 : take n (map (2/) xs))
  where xs = sqrt 2 : [sqrt (2 + x) | x <- xs]

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

-- 2ª definición de errorPi
errorPi2 :: Double -> Int
errorPi2 x = until aceptable (+1) 1
  where aceptable n = abs (pi - aproximacionPi n) < x

-- 1ª definición de aproximacionPi

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n = product [2 / aux x | x <- [0..n]]

where

aux 0 = 1

aux 1 = sqrt 2

aux n = sqrt (2 + aux (n-1))

-- 2ª definición de aproximacionPi

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 n = product [2/x | x <- 1 : xs]

where xs = take n $ iterate (\x -> sqrt (2+x)) (sqrt 2)

-- 3ª definición de aproximaxionPi

aproximacionPi3 :: Int -> Double

aproximacionPi3 n = product (2 : take n (map (2/) xs))

where xs = sqrt 2 : [sqrt (2 + x) | x <- xs]

-- 1ª definición de errorPi

errorPi :: Double -> Int

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

, abs (pi - aproximacionPi n) < x]

-- 2ª definición de errorPi

errorPi2 :: Double -> Int

errorPi2 x = until aceptable (+1) 1

where aceptable n = abs (pi - aproximacionPi n) < x

Pensamiento

El tiempo que la barba me platea,
cavó mis ojos y agrandó mi frente,
va siendo en mi recuerdo transparente,
y mientras más al fondo, más clarea.

Antonio Machado

Suma de primos menores

PorJosé A. Alonso 9-diciembre-201917-diciembre-2019

La suma de los primos menores que 10 es 2 + 3 + 5 + 7 = 17.

Definir la función

   sumaPrimosMenores :: Integer -> Integer

1	sumaPrimosMenores :: Integer -> Integer

tal que (sumaPrimosMenores n) es la suma de los primos menores que n. Por ejemplo,

   sumaPrimosMenores 10        ==  17
   sumaPrimosMenores (5*10^5)  ==  9914236195

1 2	sumaPrimosMenores 10 == 17 sumaPrimosMenores (5*10^5) == 9914236195

Nota: Este ejercicio está basado en el problema 10 del Proyecto Euler

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución
-- ===========

sumaPrimosMenores :: Integer -> Integer
sumaPrimosMenores n = sum (takeWhile (<n) primos)

-- primos es la lista de los números primos. Por ejemplo,
--    λ> take 12 primos
--    [2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37]
primos :: [Integer]
primos = 2 : filter esPrimo [3,5..]

esPrimo :: Integer -> Bool
esPrimo n = null [x | x <- [2..(ceiling . sqrt . fromIntegral) n]
                    , n `mod` x == 0]

-- 2ª solución
-- ===========

sumaPrimosMenores2 :: Integer -> Integer
sumaPrimosMenores2 n = sum (takeWhile (<n) primos2)

primos2 :: [Integer]
primos2 = 2 : filter esPrimo2 [3,5..]
 
esPrimo2 :: Integer -> Bool
esPrimo2 x =
  all ((/= 0) . mod x)
  (takeWhile (<= floor (sqrt (fromIntegral x))) primos2)

-- 3ª solución
-- ===========

sumaPrimosMenores3 :: Integer -> Integer
sumaPrimosMenores3 n = sum (takeWhile (<n) primes)

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

--    λ> sumaPrimosMenores (2*10^5)
--    1709600813
--    (2.56 secs, 1,522,015,240 bytes)
--    λ> sumaPrimosMenores2 (2*10^5)
--    1709600813
--    (0.56 secs, 376,951,456 bytes)
--    λ> sumaPrimosMenores3 (2*10^5)
--    1709600813
--    (0.07 secs, 62,321,888 bytes)

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución

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

sumaPrimosMenores :: Integer -> Integer

sumaPrimosMenores n = sum (takeWhile (<n) primos)

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

-- λ> take 12 primos

-- [2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37]

primos :: [Integer]

primos = 2 : filter esPrimo [3,5..]

esPrimo :: Integer -> Bool

esPrimo n = null [x | x <- [2..(ceiling . sqrt . fromIntegral) n]

, n `mod` x == 0]

-- 2ª solución

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

sumaPrimosMenores2 :: Integer -> Integer

sumaPrimosMenores2 n = sum (takeWhile (<n) primos2)

primos2 :: [Integer]

primos2 = 2 : filter esPrimo2 [3,5..]

esPrimo2 :: Integer -> Bool

esPrimo2 x =

all ((/= 0) . mod x)

(takeWhile (<= floor (sqrt (fromIntegral x))) primos2)

-- 3ª solución

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

sumaPrimosMenores3 :: Integer -> Integer

sumaPrimosMenores3 n = sum (takeWhile (<n) primes)

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> sumaPrimosMenores (2*10^5)

-- 1709600813

-- (2.56 secs, 1,522,015,240 bytes)

-- λ> sumaPrimosMenores2 (2*10^5)

-- 1709600813

-- (0.56 secs, 376,951,456 bytes)

-- λ> sumaPrimosMenores3 (2*10^5)

-- 1709600813

-- (0.07 secs, 62,321,888 bytes)

Pensamiento

El movimiento no es nada esencial. La fuerza puede ser inmóvil (lo es en su estado de pureza); mas no por ello deja de ser activa.

Antonio Machado

Mayor divisor primo

PorJosé A. Alonso 26-noviembre-20193-diciembre-2019

Los divisores primos de 13195 son 5, 7, 13 y 29. Por tanto, el mayor divisor primo de 13195 es 29.

Definir la función

   mayorDivisorPrimo :: Integer -> Integer

1	mayorDivisorPrimo :: Integer -> Integer

tal que (mayorDivisorPrimo n) es el mayor divisor primo de n. Por ejemplo,

   mayorDivisorPrimo 13195            ==  29
   mayorDivisorPrimo 152416333181401  ==  12345701

1 2	mayorDivisorPrimo 13195 == 29 mayorDivisorPrimo 152416333181401 == 12345701

Nota: Este ejercicio está basado en el problema 3 del Proyecto Euler

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

-- 1ª solución  (sin librerías auxiliares)
-- =======================================

mayorDivisorPrimo :: Integer -> Integer
mayorDivisorPrimo = last . divisoresPrimos 

-- (divisoresPrimos n) es la lista de los divisores primos de n. Por
-- ejemplo, 
--    divisoresPrimos 13195  ==  [5,7,13,29]
divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]
divisoresPrimos 0 = []
divisoresPrimos 1 = []
divisoresPrimos n = m : divisoresPrimos (n `div` m)
  where m = menorDivisorPrimo n 

-- (menorDivisorPrimo n) es el menor divisor primo de n. Por ejemplo, 
--    menorDivisorPrimo 24  ==  2
--    menorDivisorPrimo 25  ==  5
--    menorDivisorPrimo 29  ==  29
menorDivisorPrimo :: Integer -> Integer
menorDivisorPrimo x =
  head [y | y <- 2 : [3,5..(ceiling . sqrt . fromIntegral) x] ++ [x]
          , x `mod` y == 0]

-- 2ª solución (con la librería Data.Numbers.Primes)
-- =================================================

mayorDivisorPrimo2 :: Integer -> Integer
mayorDivisorPrimo2 = last . primeFactors

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

--   λ> mayorDivisorPrimo 152416333181401
--   12345701
--   (1.96 secs, 1,630,201,856 bytes)
--   λ> mayorDivisorPrimo2 152416333181401
--   12345701
--   (2.01 secs, 5,445,284,432 bytes)

import Data.Numbers.Primes (primeFactors)

-- 1ª solución (sin librerías auxiliares)

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

mayorDivisorPrimo :: Integer -> Integer

mayorDivisorPrimo = last . divisoresPrimos

-- (divisoresPrimos n) es la lista de los divisores primos de n. Por

-- ejemplo,

-- divisoresPrimos 13195 == [5,7,13,29]

divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]

divisoresPrimos 0 = []

divisoresPrimos 1 = []

divisoresPrimos n = m : divisoresPrimos (n `div` m)

where m = menorDivisorPrimo n

-- (menorDivisorPrimo n) es el menor divisor primo de n. Por ejemplo,

-- menorDivisorPrimo 24 == 2

-- menorDivisorPrimo 25 == 5

-- menorDivisorPrimo 29 == 29

menorDivisorPrimo :: Integer -> Integer

menorDivisorPrimo x =

head [y | y <- 2 : [3,5..(ceiling . sqrt . fromIntegral) x] ++ [x]

, x `mod` y == 0]

-- 2ª solución (con la librería Data.Numbers.Primes)

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

mayorDivisorPrimo2 :: Integer -> Integer

mayorDivisorPrimo2 = last . primeFactors

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> mayorDivisorPrimo 152416333181401

-- 12345701

-- (1.96 secs, 1,630,201,856 bytes)

-- λ> mayorDivisorPrimo2 152416333181401

-- 12345701

-- (2.01 secs, 5,445,284,432 bytes)

Pensamiento

«Un programa de ordenador es una demostración.» ~ Igor Rivin

Caminos minimales en un árbol numérico

PorJosé A. Alonso 19-marzo-201930-marzo-2019

En la librería Data.Tree se definen los tipos de árboles y bosques como sigue

   data Tree a   = Node a (Forest a)
   type Forest a = [Tree a]

1 2	data Tree a = Node a (Forest a) type Forest a = [Tree a]

Se pueden definir árboles. Por ejemplo,

   ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

1	ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

Y se pueden dibujar con la función drawTree. Por ejemplo,

   λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))
   3
   |
   +- 5
   |  |
   |  `- 9
   |
   `- 7

λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))

+- 5

| |

| `- 9

`- 7

Los mayores divisores de un número x son los divisores u tales que u > 1 y existe un v tal que 1 < v < u y u.v = x. Por ejemplo, los mayores divisores de 24 son 12, 8 y 6.

El árbol de los predecesores y mayores divisores de un número x es el árbol cuya raíz es x y los sucesores de cada nodo y > 1 es el conjunto formado por y-1 junto con los mayores divisores de y. Los nodos con valor 1 no tienen sucesores. Por ejemplo, el árbol de los predecesores y mayores divisores del número 6 es

/ \

5 3

| |

4 2

/ \ |

3 2 1

| |

2 1

Definir las siguientes funciones

   mayoresDivisores :: Int -> [Int]
   arbol            :: Int -> Tree Int
   caminos          :: Int -> [[Int]]
   caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

arbol :: Int -> Tree Int

caminos :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

tales que
+ (mayoresDivisores x) es la lista de los mayores divisores de x. Por ejemplo,

     mayoresDivisores 24  ==  [12,8,6]
     mayoresDivisores 16  ==  [8,4]
     mayoresDivisores 10  ==  [5]
     mayoresDivisores 17  ==  []

mayoresDivisores 24 == [12,8,6]

mayoresDivisores 16 == [8,4]

mayoresDivisores 10 == [5]

mayoresDivisores 17 == []

(arbol x) es el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))
     6
     |
     +- 5
     |  |
     |  `- 4
     |     |
     |     +- 3
     |     |  |
     |     |  `- 2
     |     |     |
     |     |     `- 1
     |     |
     |     `- 2
     |        |
     |        `- 1
     |
     `- 3
        |
        `- 2
           |
           `- 1

λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))

+- 5

| |

| `- 4

| |

| +- 3

| | |

| | `- 2

| | |

| | `- 1

| |

| `- 2

| |

| `- 1

`- 3

`- 2

`- 1

(caminos x) es la lista de los caminos en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminos 6
     [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

1 2	λ> caminos 6 [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

(caminosMinimales x) es la lista de los caminos en de menor longitud en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminosMinimales 6
     [[6,3,2,1]]
     λ> caminosMinimales 17
     [[17,16,4,2,1]]
     λ> caminosMinimales 50
     [[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 6

[[6,3,2,1]]

λ> caminosMinimales 17

[[17,16,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 50

[[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

Soluciones

import Data.Tree
import Test.QuickCheck

mayoresDivisores :: Int -> [Int]
mayoresDivisores x =
  [max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]
           , x `mod` u == 0
           , let v = x `div` u]  

arbol :: Int -> Tree Int
arbol 1 = Node 1 []
arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]
caminos = caminosArbol . arbol

--    λ> caminosArbol (arbol 6)
--    [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]
caminosArbol :: Tree a -> [[a]]
caminosArbol (Node x []) = [[x]]
caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]
caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]
caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]
  where yss = caminos x
        m   = minimum (map length yss)

import Data.Tree

import Test.QuickCheck

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

mayoresDivisores x =

[max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]

, x `mod` u == 0

, let v = x `div` u]

arbol :: Int -> Tree Int

arbol 1 = Node 1 []

arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]

caminos = caminosArbol . arbol

-- λ> caminosArbol (arbol 6)

-- [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

caminosArbol :: Tree a -> [[a]]

caminosArbol (Node x []) = [[x]]

caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]

caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]

where yss = caminos x

m = minimum (map length yss)

Pensamiento

Tras el vivir y el soñar,
está lo que más importa:
despertar.

Antonio Machado

Número de descomposiciones en sumas de cuatro cuadrados

PorJosé A. Alonso 1-marzo-201926-marzo-2022

Definir la función

   nDescomposiciones       :: Int -> Int
   graficaDescomposiciones :: Int -> IO ()

1 2	nDescomposiciones :: Int -> Int graficaDescomposiciones :: Int -> IO ()

tales que

(nDescomposiciones x) es el número de listas de los cuadrados de cuatro números enteros positivos cuya suma es x. Por ejemplo.

     nDescomposiciones 4      ==  1
     nDescomposiciones 5      ==  0
     nDescomposiciones 7      ==  4
     nDescomposiciones 10     ==  6
     nDescomposiciones 15     ==  12
     nDescomposiciones 50000  ==  5682

nDescomposiciones 4 == 1

nDescomposiciones 5 == 0

nDescomposiciones 7 == 4

nDescomposiciones 10 == 6

nDescomposiciones 15 == 12

nDescomposiciones 50000 == 5682

(graficaDescomposiciones n) dibuja la gráfica del número de descomposiciones de los n primeros números naturales. Por ejemplo, (graficaDescomposiciones 500) dibuja

Soluciones

import Data.Array
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

nDescomposiciones :: Int -> Int
nDescomposiciones = length . descomposiciones

-- (descomposiciones x) es la lista de las listas de los cuadrados de
-- cuatro números enteros positivos cuya suma es x. Por  ejemplo. 
--    λ> descomposiciones 4
--    [[1,1,1,1]]
--    λ> descomposiciones 5
--    []
--    λ> descomposiciones 7
--    [[1,1,1,4],[1,1,4,1],[1,4,1,1],[4,1,1,1]]
--    λ> descomposiciones 10
--    [[1,1,4,4],[1,4,1,4],[1,4,4,1],[4,1,1,4],[4,1,4,1],[4,4,1,1]]
--    λ> descomposiciones 15
--    [[1,1,4,9],[1,1,9,4],[1,4,1,9],[1,4,9,1],[1,9,1,4],[1,9,4,1],
--     [4,1,1,9],[4,1,9,1],[4,9,1,1],[9,1,1,4],[9,1,4,1],[9,4,1,1]]
descomposiciones :: Int -> [[Int]]
descomposiciones x = aux x 4
  where 
    aux 0 1 = []
    aux 1 1 = [[1]]
    aux 2 1 = []
    aux 3 1 = []
    aux y 1 | esCuadrado y = [[y]]
            | otherwise    = []
    aux y n = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera y]
                        , zs <- aux (y - x^2) (n-1)]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Int -> Bool
esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

-- (raizEntera n) es el mayor entero cuya raíz cuadrada es menor o igual
-- que n. Por ejemplo,
--    raizEntera 15  ==  3
--    raizEntera 16  ==  4
--    raizEntera 17  ==  4
raizEntera :: Int -> Int
raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral 

-- 2ª solución
-- =============

nDescomposiciones2 :: Int -> Int
nDescomposiciones2 = length . descomposiciones2

descomposiciones2 :: Int -> [[Int]]
descomposiciones2 x = a ! (x,4)
  where
    a = array ((0,1),(x,4)) [((i,j), f i j) | i <- [0..x], j <- [1..4]]
    f 0 1 = []
    f 1 1 = [[1]]
    f 2 1 = []
    f 3 1 = []
    f i 1 | esCuadrado i = [[i]]
          | otherwise    = []
    f i j = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera i]
                      , zs <- a ! (i - x^2,j-1)]

-- 3ª solución
-- ===========

nDescomposiciones3 :: Int -> Int
nDescomposiciones3 x = aux x 4
  where
    aux 0 1 = 0
    aux 1 1 = 1
    aux 2 1 = 0
    aux 3 1 = 0
    aux y 1 | esCuadrado y = 1
            | otherwise    = 0
    aux y n = sum [aux (y - x^2) (n-1) | x <- [1..raizEntera y]]

-- 4ª solución
-- ===========

nDescomposiciones4 :: Int -> Int
nDescomposiciones4 x = a ! (x,4)
  where
    a = array ((0,1),(x,4)) [((i,j), f i j) | i <- [0..x], j <- [1..4]]
    f 0 1 = 0
    f 1 1 = 1
    f 2 1 = 0
    f 3 1 = 0
    f i 1 | esCuadrado i = 1
          | otherwise    = 0
    f i j = sum [a ! (i- x^2,j-1) | x <- [1..raizEntera i]]

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

-- La propiedad es
prop_nDescomposiciones :: Positive Int -> Bool
prop_nDescomposiciones (Positive x) =
  all (== nDescomposiciones x) [f x | f <- [ nDescomposiciones2
                                           , nDescomposiciones3
                                           , nDescomposiciones4]]

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

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

--    λ> nDescomposiciones 20000
--    1068
--    (3.69 secs, 3,307,250,128 bytes)
--    λ> nDescomposiciones2 20000
--    1068
--    (0.72 secs, 678,419,328 bytes)
--    λ> nDescomposiciones3 20000
--    1068
--    (3.94 secs, 3,485,725,552 bytes)
--    λ> nDescomposiciones4 20000
--    1068
--    (0.74 secs, 716,022,456 bytes)
--    
--    λ> nDescomposiciones2 50000
--    5682
--    (2.64 secs, 2,444,206,000 bytes)
--    λ> nDescomposiciones4 50000
--    5682
--    (2.77 secs, 2,582,443,448 bytes)

-- Definición de graficaDescomposiciones
-- =====================================

graficaDescomposiciones :: Int -> IO ()
graficaDescomposiciones n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("Numero_de_descomposiciones_en_sumas_de_cuadrados.png")
           ]
           (map nDescomposiciones3 [0..n])

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

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129

130

131

132

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135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

import Data.Array

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

nDescomposiciones :: Int -> Int

nDescomposiciones = length . descomposiciones

-- (descomposiciones x) es la lista de las listas de los cuadrados de

-- cuatro números enteros positivos cuya suma es x. Por ejemplo.

-- λ> descomposiciones 4

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

-- λ> descomposiciones 5

-- []

-- λ> descomposiciones 7

-- [[1,1,1,4],[1,1,4,1],[1,4,1,1],[4,1,1,1]]

-- λ> descomposiciones 10

-- [[1,1,4,4],[1,4,1,4],[1,4,4,1],[4,1,1,4],[4,1,4,1],[4,4,1,1]]

-- λ> descomposiciones 15

-- [[1,1,4,9],[1,1,9,4],[1,4,1,9],[1,4,9,1],[1,9,1,4],[1,9,4,1],

-- [4,1,1,9],[4,1,9,1],[4,9,1,1],[9,1,1,4],[9,1,4,1],[9,4,1,1]]

descomposiciones :: Int -> [[Int]]

descomposiciones x = aux x 4

where

aux 0 1 = []

aux 1 1 = [[1]]

aux 2 1 = []

aux 3 1 = []

aux y 1 | esCuadrado y = [[y]]

| otherwise = []

aux y n = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera y]

, zs <- aux (y - x^2) (n-1)]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Int -> Bool

esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

-- (raizEntera n) es el mayor entero cuya raíz cuadrada es menor o igual

-- que n. Por ejemplo,

-- raizEntera 15 == 3

-- raizEntera 16 == 4

-- raizEntera 17 == 4

raizEntera :: Int -> Int

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

-- 2ª solución

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

nDescomposiciones2 :: Int -> Int

nDescomposiciones2 = length . descomposiciones2

descomposiciones2 :: Int -> [[Int]]

descomposiciones2 x = a ! (x,4)

where

a = array ((0,1),(x,4)) [((i,j), f i j) | i <- [0..x], j <- [1..4]]

f 0 1 = []

f 1 1 = [[1]]

f 2 1 = []

f 3 1 = []

f i 1 | esCuadrado i = [[i]]

| otherwise = []

f i j = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera i]

, zs <- a ! (i - x^2,j-1)]

-- 3ª solución

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

nDescomposiciones3 :: Int -> Int

nDescomposiciones3 x = aux x 4

where

aux 0 1 = 0

aux 1 1 = 1

aux 2 1 = 0

aux 3 1 = 0

aux y 1 | esCuadrado y = 1

| otherwise = 0

aux y n = sum [aux (y - x^2) (n-1) | x <- [1..raizEntera y]]

-- 4ª solución

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

nDescomposiciones4 :: Int -> Int

nDescomposiciones4 x = a ! (x,4)

where

a = array ((0,1),(x,4)) [((i,j), f i j) | i <- [0..x], j <- [1..4]]

f 0 1 = 0

f 1 1 = 1

f 2 1 = 0

f 3 1 = 0

f i 1 | esCuadrado i = 1

| otherwise = 0

f i j = sum [a ! (i- x^2,j-1) | x <- [1..raizEntera i]]

-- Comprobación de equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_nDescomposiciones :: Positive Int -> Bool

prop_nDescomposiciones (Positive x) =

all (== nDescomposiciones x) [f x | f <- [ nDescomposiciones2

, nDescomposiciones3

, nDescomposiciones4]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_nDescomposiciones

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nDescomposiciones 20000

-- 1068

-- (3.69 secs, 3,307,250,128 bytes)

-- λ> nDescomposiciones2 20000

-- 1068

-- (0.72 secs, 678,419,328 bytes)

-- λ> nDescomposiciones3 20000

-- 1068

-- (3.94 secs, 3,485,725,552 bytes)

-- λ> nDescomposiciones4 20000

-- 1068

-- (0.74 secs, 716,022,456 bytes)

-- λ> nDescomposiciones2 50000

-- 5682

-- (2.64 secs, 2,444,206,000 bytes)

-- λ> nDescomposiciones4 50000

-- 5682

-- (2.77 secs, 2,582,443,448 bytes)

-- Definición de graficaDescomposiciones

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

graficaDescomposiciones :: Int -> IO ()

graficaDescomposiciones n =

plotList [ Key Nothing

, PNG ("Numero_de_descomposiciones_en_sumas_de_cuadrados.png")

]

(map nDescomposiciones3 [0..n])

Pensamiento

Ya habrá cigüeñas al sol,
mirando la tarde roja,
entre Moncayo y Urbión.

Antonio Machado

Descomposiciones en sumas de cuatro cuadrados

PorJosé A. Alonso 28-febrero-20197-marzo-2019

Definir la función

   descomposiciones :: Int -> [[Int]]

1	descomposiciones :: Int -> [[Int]]

tal que (descomposiciones x) es la lista de las listas de los cuadrados de cuatro números enteros positivos cuya suma es x. Por ejemplo.

   λ> descomposiciones 4
   [[1,1,1,1]]
   λ> descomposiciones 5
   []
   λ> descomposiciones 7
   [[1,1,1,4],[1,1,4,1],[1,4,1,1],[4,1,1,1]]
   λ> descomposiciones 10
   [[1,1,4,4],[1,4,1,4],[1,4,4,1],[4,1,1,4],[4,1,4,1],[4,4,1,1]]
   λ> descomposiciones 15
   [[1,1,4,9],[1,1,9,4],[1,4,1,9],[1,4,9,1],[1,9,1,4],[1,9,4,1],
    [4,1,1,9],[4,1,9,1],[4,9,1,1],[9,1,1,4],[9,1,4,1],[9,4,1,1]]
   λ> length (descomposiciones 50000)
   5682

λ> descomposiciones 4

[[1,1,1,1]]

λ> descomposiciones 5

[]

λ> descomposiciones 7

[[1,1,1,4],[1,1,4,1],[1,4,1,1],[4,1,1,1]]

λ> descomposiciones 10

[[1,1,4,4],[1,4,1,4],[1,4,4,1],[4,1,1,4],[4,1,4,1],[4,4,1,1]]

λ> descomposiciones 15

[[1,1,4,9],[1,1,9,4],[1,4,1,9],[1,4,9,1],[1,9,1,4],[1,9,4,1],

[4,1,1,9],[4,1,9,1],[4,9,1,1],[9,1,1,4],[9,1,4,1],[9,4,1,1]]

λ> length (descomposiciones 50000)

5682

Soluciones

import Data.Array
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

descomposiciones :: Int -> [[Int]]
descomposiciones x = aux x 4
  where 
    aux 0 1 = []
    aux 1 1 = [[1]]
    aux 2 1 = []
    aux 3 1 = []
    aux y 1 | esCuadrado y = [[y]]
            | otherwise    = []
    aux y n = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera y]
                        , zs <- aux (y - x^2) (n-1)]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Int -> Bool
esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

-- (raizEntera n) es el mayor entero cuya raíz cuadrada es menor o igual
-- que n. Por ejemplo,
--    raizEntera 15  ==  3
--    raizEntera 16  ==  4
--    raizEntera 17  ==  4
raizEntera :: Int -> Int
raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral 

-- 2ª definición
-- =============

descomposiciones2 :: Int -> [[Int]]
descomposiciones2 x = a ! (x,4)
  where
    a = array ((0,1),(x,4)) [((i,j), f i j) | i <- [0..x], j <- [1..4]]
    f 0 1 = []
    f 1 1 = [[1]]
    f 2 1 = []
    f 3 1 = []
    f i 1 | esCuadrado i = [[i]]
          | otherwise    = []
    f i j = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera i]
                      , zs <- a ! (i - x^2,j-1)]

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

-- La propiedad es
prop_descomposiciones :: Positive Int -> Bool
prop_descomposiciones (Positive x) =
  descomposiciones x == descomposiciones2 x

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

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

-- La comparación es
--    λ> length (descomposiciones (2*10^4))
--    1068
--    (3.70 secs, 3,307,251,704 bytes)
--    λ> length (descomposiciones2 (2*10^4))
--    1068
--    (0.72 secs, 678,416,144 bytes)

import Data.Array

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

descomposiciones :: Int -> [[Int]]

descomposiciones x = aux x 4

where

aux 0 1 = []

aux 1 1 = [[1]]

aux 2 1 = []

aux 3 1 = []

aux y 1 | esCuadrado y = [[y]]

| otherwise = []

aux y n = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera y]

, zs <- aux (y - x^2) (n-1)]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Int -> Bool

esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

-- (raizEntera n) es el mayor entero cuya raíz cuadrada es menor o igual

-- que n. Por ejemplo,

-- raizEntera 15 == 3

-- raizEntera 16 == 4

-- raizEntera 17 == 4

raizEntera :: Int -> Int

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

-- 2ª definición

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

descomposiciones2 :: Int -> [[Int]]

descomposiciones2 x = a ! (x,4)

where

a = array ((0,1),(x,4)) [((i,j), f i j) | i <- [0..x], j <- [1..4]]

f 0 1 = []

f 1 1 = [[1]]

f 2 1 = []

f 3 1 = []

f i 1 | esCuadrado i = [[i]]

| otherwise = []

f i j = [x^2 : zs | x <- [1..raizEntera i]

, zs <- a ! (i - x^2,j-1)]

-- Comprobación de equivalencia

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

-- La propiedad es

prop_descomposiciones :: Positive Int -> Bool

prop_descomposiciones (Positive x) =

descomposiciones x == descomposiciones2 x

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_descomposiciones

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> length (descomposiciones (2*10^4))

-- 1068

-- (3.70 secs, 3,307,251,704 bytes)

-- λ> length (descomposiciones2 (2*10^4))

-- 1068

-- (0.72 secs, 678,416,144 bytes)

Pensamiento

No extrañéis, dulces amigos,
que esté mi frente arrugada;
yo vivo en paz con los hombres
y en guerra con mis entrañas.

Antonio Machado

Número de sumandos en suma de cuadrados

PorJosé A. Alonso 21-febrero-201926-marzo-2022

El teorema de Lagrange de los cuatro cuadrados asegura que cualquier número entero positivo es la suma de, como máximo,cuatro cuadrados de números enteros. Por ejemplo,

   16 = 4²
   29 = 2² + 5²  
   14 = 1² + 2² + 3²
   15 = 1² + 1² + 2² + 3²

16 = 4²

29 = 2² + 5²

14 = 1² + 2² + 3²

15 = 1² + 1² + 2² + 3²

Definir las funciones

   ordenLagrange        :: Integer -> Int
   graficaOrdenLagrange :: Integer -> IO ()

1 2	ordenLagrange :: Integer -> Int graficaOrdenLagrange :: Integer -> IO ()

tales que

(ordenLagrange n) es el menor número de cuadrados necesarios para escribir n como suma de cuadrados. Por ejemplo.

     ordenLagrange 16     ==  1
     ordenLagrange 29     ==  2
     ordenLagrange 14     ==  3
     ordenLagrange 15     ==  4
     ordenLagrange 10000  ==  1
     ordenLagrange 10001  ==  2
     ordenLagrange 10002  ==  3
     ordenLagrange 10007  ==  4

ordenLagrange 16 == 1

ordenLagrange 29 == 2

ordenLagrange 14 == 3

ordenLagrange 15 == 4

ordenLagrange 10000 == 1

ordenLagrange 10001 == 2

ordenLagrange 10002 == 3

ordenLagrange 10007 == 4

(graficaOrdenLagrange n) dibuja la gráfica de los órdenes de Lagrange de los n primeros números naturales. Por ejemplo, (graficaOrdenLagrange 100) dibuja

Comprobar con QuickCheck que. para todo entero positivo k, el orden de Lagrange de k es menos o igual que 4, el de 4k+3 es distinto de 2 y el de 8k+7 es distinto de 3.

Soluciones

import Data.Array (Array, (!), array)
import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

ordenLagrange :: Integer -> Int
ordenLagrange n
  | esCuadrado n = 1
  | otherwise    = 1 + minimum [ ordenLagrange (n - x^2)
                               | x <- [1..raizEntera n]]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

-- (raizEntera n) es el mayor entero cuya raíz cuadrada es menor o igual
-- que n. Por ejemplo,
--    raizEntera 15  ==  3
--    raizEntera 16  ==  4
--    raizEntera 17  ==  4
raizEntera :: Integer -> Integer
raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral 

-- 2ª definición
-- =============

ordenLagrange2 :: Integer -> Int
ordenLagrange2 n = (vectorOrdenLagrange n) ! n

vectorOrdenLagrange :: Integer -> Array Integer Int
vectorOrdenLagrange n = v where
  v = array (0,n) [(i,f i) | i <- [0..n]]
  f i | esCuadrado i = 1
      | otherwise    = 1 + minimum [ v ! (i - j^2)
                                   | j <- [1..raizEntera i]]

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

-- La comparación es
--    λ> ordenLagrange 50
--    2
--    (10.39 secs, 1,704,144,464 bytes)
--    λ> ordenLagrange2 50
--    2
--    (0.01 secs, 341,920 bytes)

-- Definición de graficaOrdenLagrange
-- ==================================

graficaOrdenLagrange :: Integer -> IO ()
graficaOrdenLagrange n = 
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("Numero_de_sumandos_en_suma_de_cuadrados.png")
           ]
           (map ordenLagrange2 [0..n-1])

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

-- La propiedad es
prop_OrdenLagrange :: Positive Integer -> Bool
prop_OrdenLagrange (Positive k) =
  ordenLagrange2 k <= 4 &&
  ordenLagrange2 (4*k+3) /= 2 &&
  ordenLagrange2 (8*k+7) /= 3

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

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

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

ordenLagrange :: Integer -> Int

ordenLagrange n

| esCuadrado n = 1

| otherwise = 1 + minimum [ ordenLagrange (n - x^2)

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

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

-- (raizEntera n) es el mayor entero cuya raíz cuadrada es menor o igual

-- que n. Por ejemplo,

-- raizEntera 15 == 3

-- raizEntera 16 == 4

-- raizEntera 17 == 4

raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

-- 2ª definición

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

ordenLagrange2 :: Integer -> Int

ordenLagrange2 n = (vectorOrdenLagrange n) ! n

vectorOrdenLagrange :: Integer -> Array Integer Int

vectorOrdenLagrange n = v where

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

f i | esCuadrado i = 1

| otherwise = 1 + minimum [ v ! (i - j^2)

| j <- [1..raizEntera i]]

-- Comparación de eficiencia

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

-- La comparación es

-- λ> ordenLagrange 50

-- 2

-- (10.39 secs, 1,704,144,464 bytes)

-- λ> ordenLagrange2 50

-- 2

-- (0.01 secs, 341,920 bytes)

-- Definición de graficaOrdenLagrange

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

graficaOrdenLagrange :: Integer -> IO ()

graficaOrdenLagrange n =

plotList [ Key Nothing

, PNG ("Numero_de_sumandos_en_suma_de_cuadrados.png")

]

(map ordenLagrange2 [0..n-1])

-- Comprobación de la propiedad

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

-- La propiedad es

prop_OrdenLagrange :: Positive Integer -> Bool

prop_OrdenLagrange (Positive k) =

ordenLagrange2 k <= 4 &&

ordenLagrange2 (4*k+3) /= 2 &&

ordenLagrange2 (8*k+7) /= 3

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_OrdenLagrange

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

— Nuestro español bosteza.
¿Es hambre? ¿Sueño? ¿Hastío?
Doctor, ¿tendrá el estómago vacío?
— El vacío es más bien en la cabeza.

Antonio Machado

Ternas euclídeas

PorJosé A. Alonso 18-febrero-201925-febrero-2019

Uno de los problemas planteados por Euclides en los Elementos consiste en encontrar tres números tales que cada uno de sus productos, dos a dos, aumentados en la unidad sea un cuadrado perfecto.

Diremos que (x,y,z) es una terna euclídea si es una solución del problema; es decir, si x <= y <= z y xy+1, yz+1 y zx+1 son cuadrados. Por ejemplo, (4,6,20) es una terna euclídea ya que

   4x6+1 = 5^2, 6x20+1 = 11^2 y 20*4+1 = 9^2

1	4x6+1 = 5^2, 6x20+1 = 11^2 y 20*4+1 = 9^2

Definir la funciones

   ternasEuclideas        :: [(Integer,Integer,Integer)]
   esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool

1 2	ternasEuclideas :: [(Integer,Integer,Integer)] esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool

tales que

ternasEuclideas es la lista de las ternas euclídeas. Por ejemplo,

     λ> take 7 ternasEuclideas
     [(1,3,8),(2,4,12),(1,8,15),(3,5,16),(4,6,20),(3,8,21),(5,7,24)]

1 2	λ> take 7 ternasEuclideas [(1,3,8),(2,4,12),(1,8,15),(3,5,16),(4,6,20),(3,8,21),(5,7,24)]

(esMayorDeTernaEuclidea z) se verifica si existen x, y tales que (x,y,z) es una terna euclídea. Por ejemplo,

     esMayorDeTernaEuclidea 20  ==  True
     esMayorDeTernaEuclidea 22  ==  False

1 2	esMayorDeTernaEuclidea 20 == True esMayorDeTernaEuclidea 22 == False

Comprobar con QuickCheck que z es el mayor de una terna euclídea si, y sólo si, existe un número natural x tal que 1 < x < z – 1 y x^2 es congruente con 1 módulo z.

Soluciones

import Test.QuickCheck

ternasEuclideas :: [(Integer,Integer,Integer)]
ternasEuclideas =
  [(x,y,z) | z <- [1..]
           , y <- [1..z]
           , esCuadrado (y * z + 1)
           , x <- [1..y]
           , esCuadrado (x * y + 1)
           , esCuadrado (z * x + 1)]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x
  where raizEntera :: Integer -> Integer
        raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral 

esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool
esMayorDeTernaEuclidea z =
  not (null [(x,y) | y <- [1..z]
                   , esCuadrado (y * z + 1)
                   , x <- [1..y]
                   , esCuadrado (x * y + 1)
                   , esCuadrado (z * x + 1)])


-- La propiedad es
prop_esMayorDeTernaEuclidea :: Positive Integer -> Bool
prop_esMayorDeTernaEuclidea (Positive z) =
  esMayorDeTernaEuclidea z == any (\x -> (x^2) `mod` z == 1) [2..z-2]

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

import Test.QuickCheck

ternasEuclideas :: [(Integer,Integer,Integer)]

ternasEuclideas =

[(x,y,z) | z <- [1..]

, y <- [1..z]

, esCuadrado (y * z + 1)

, x <- [1..y]

, esCuadrado (x * y + 1)

, esCuadrado (z * x + 1)]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = (raizEntera x)^2 == x

where raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

esMayorDeTernaEuclidea :: Integer -> Bool

esMayorDeTernaEuclidea z =

not (null [(x,y) | y <- [1..z]

, esCuadrado (y * z + 1)

, x <- [1..y]

, esCuadrado (x * y + 1)

, esCuadrado (z * x + 1)])

-- La propiedad es

prop_esMayorDeTernaEuclidea :: Positive Integer -> Bool

prop_esMayorDeTernaEuclidea (Positive z) =

esMayorDeTernaEuclidea z == any (\x -> (x^2) `mod` z == 1) [2..z-2]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_esMayorDeTernaEuclidea

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

Todo pasa y todo queda,
pero lo nuestro es pasar,
pasar haciendo caminos,
caminos sobre la mar.

Antonio Machado

Dígitos en las posiciones pares de cuadrados

PorJosé A. Alonso 1-febrero-20198-febrero-2019

Definir las funciones

   digitosPosParesCuadrado    :: Integer -> ([Integer],Int)
   invDigitosPosParesCuadrado :: ([Integer],Int) -> [Integer]

1 2	digitosPosParesCuadrado :: Integer -> ([Integer],Int) invDigitosPosParesCuadrado :: ([Integer],Int) -> [Integer]

tales que

(digitosPosParesCuadrado n) es el par formados por los dígitos de n² en la posiciones pares y por el número de dígitos de n². Por ejemplo,

     digitosPosParesCuadrado 8     ==  ([6],2)
     digitosPosParesCuadrado 14    ==  ([1,6],3)
     digitosPosParesCuadrado 36    ==  ([1,9],4)
     digitosPosParesCuadrado 116   ==  ([1,4,6],5)
     digitosPosParesCuadrado 2019  ==  ([4,7,3,1],7)

digitosPosParesCuadrado 8 == ([6],2)

digitosPosParesCuadrado 14 == ([1,6],3)

digitosPosParesCuadrado 36 == ([1,9],4)

digitosPosParesCuadrado 116 == ([1,4,6],5)

digitosPosParesCuadrado 2019 == ([4,7,3,1],7)

(invDigitosPosParesCuadrado (xs,k)) es la lista de los números n tales que xs es la lista de los dígitos de n² en la posiciones pares y k es el número de dígitos de n². Por ejemplo,

     invDigitosPosParesCuadrado ([6],2)             ==  [8]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,6],3)           ==  [14]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,9],4)           ==  [36]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,4,6],5)         ==  [116,136]
     invDigitosPosParesCuadrado ([4,7,3,1],7)       ==  [2019,2139,2231]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,2],3)           ==  []
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,2],4)           ==  [32,35,39]
     invDigitosPosParesCuadrado ([1,2,3,4,5,6],11)  ==  [115256,127334,135254]

invDigitosPosParesCuadrado ([6],2) == [8]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,6],3) == [14]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,9],4) == [36]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,4,6],5) == [116,136]

invDigitosPosParesCuadrado ([4,7,3,1],7) == [2019,2139,2231]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,2],3) == []

invDigitosPosParesCuadrado ([1,2],4) == [32,35,39]

invDigitosPosParesCuadrado ([1,2,3,4,5,6],11) == [115256,127334,135254]

Comprobar con QuickCheck que para todo entero positivo n se verifica que para todo entero positivo m, m pertenece a (invDigitosPosParesCuadrado (digitosPosParesCuadrado n)) si, y sólo si, (digitosPosParesCuadrado m) es igual a (digitosPosParesCuadrado n)

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- Definición de digitosPosParesCuadrado
-- =====================================

digitosPosParesCuadrado :: Integer -> ([Integer],Int)
digitosPosParesCuadrado n =
  (digitosPosPares (n^2),length (show (n^2)))

-- (digitosPosPares n) es la lista de los dígitos de n en posiciones
-- pares. Por ejemplo,
--    digitosPosPares 24012019  ==  [2,0,2,1]
digitosPosPares :: Integer -> [Integer]
digitosPosPares n = elementosPosPares (digitos n)

-- (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]

-- (elementosPosPares xs) es la lista de los elementos de xs en
-- posiciones pares. Por ejemplo,
--    elementosPosPares [3,2,5,7,6,4]  ==  [3,5,6]
elementosPosPares :: [a] -> [a]
elementosPosPares []       = []
elementosPosPares [x]      = [x]
elementosPosPares (x:_:zs) = x : elementosPosPares zs

-- 1ª definición de invDigitosPosParesCuadrado
-- ========================================

invDigitosPosParesCuadrado :: ([Integer],Int) -> [Integer]
invDigitosPosParesCuadrado (xs, a) =
  [x | x <- [ceiling (sqrt 10^(a-1))..ceiling (sqrt 10^a)]
     , digitosPosParesCuadrado x == (xs,a)]

-- 2ª definición de invDigitosPosParesCuadrado
-- ========================================

invDigitosPosParesCuadrado2 :: ([Integer],Int) -> [Integer]
invDigitosPosParesCuadrado2 x =
  [n | n <- [a..b], digitosPosParesCuadrado n == x]
  where a = floor (sqrt (fromIntegral (completaNum x 0)))
        b = ceiling (sqrt (fromIntegral (completaNum x 9)))

-- (completaNum (xs,k) n) es el número cuyos dígitos en las posiciones
-- pares son los de xs y los de las posiciones impares son iguales a n
-- (se supone que k es igual al doble de la longitud de xs o un
-- menos). Por ejemplo, 
--    completaNum ([1,3,8],5) 4  ==  14348
--    completaNum ([1,3,8],6) 4  ==  143484
completaNum :: ([Integer],Int) -> Integer -> Integer
completaNum x n = digitosAnumero (completa x n)

-- (completa (xs,k) n) es la lista cuyos elementos en las posiciones
-- pares son los de xs y los de las posiciones impares son iguales a n
-- (se supone que k es igual al doble de la longitud de xs o un
-- menos). Por ejemplo, 
--    completa ([1,3,8],5) 4  ==  [1,4,3,4,8]
--    completa ([1,3,8],6) 4  ==  [1,4,3,4,8,4]
completa :: ([Integer],Int) -> Integer -> [Integer]
completa (xs,k) n
  | even k    = ys
  | otherwise = init ys
  where ys = concat [[x,n] | x <- xs]

-- (digitosAnumero ds) es el número cuyos dígitos son ds. Por ejemplo,
--    digitosAnumero [2,0,1,9]  ==  2019
digitosAnumero :: [Integer] -> Integer
digitosAnumero = read . concatMap show

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

--    λ> invDigitosPosParesCuadrado ([1,2,1,5,7,4,9],13)
--    [1106393,1234567,1314597]
--    (7.55 secs, 13,764,850,536 bytes)
--    λ> invDigitosPosParesCuadrado2 ([1,2,1,5,7,4,9],13)
--    [1106393,1234567,1314597]
--    (1.96 secs, 3,780,368,816 bytes)

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

-- La propiedad es  
prop_digitosPosParesCuadrado :: Positive Integer -> Positive Integer -> Bool
prop_digitosPosParesCuadrado (Positive n) (Positive m) =
  (digitosPosParesCuadrado m == x)
  == (m `elem` invDigitosPosParesCuadrado x)
  where x = digitosPosParesCuadrado n

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

import Test.QuickCheck

-- Definición de digitosPosParesCuadrado

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

digitosPosParesCuadrado :: Integer -> ([Integer],Int)

digitosPosParesCuadrado n =

(digitosPosPares (n^2),length (show (n^2)))

-- (digitosPosPares n) es la lista de los dígitos de n en posiciones

-- pares. Por ejemplo,

-- digitosPosPares 24012019 == [2,0,2,1]

digitosPosPares :: Integer -> [Integer]

digitosPosPares n = elementosPosPares (digitos n)

-- (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]

-- (elementosPosPares xs) es la lista de los elementos de xs en

-- posiciones pares. Por ejemplo,

-- elementosPosPares [3,2,5,7,6,4] == [3,5,6]

elementosPosPares :: [a] -> [a]

elementosPosPares [] = []

elementosPosPares [x] = [x]

elementosPosPares (x:_:zs) = x : elementosPosPares zs

-- 1ª definición de invDigitosPosParesCuadrado

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

invDigitosPosParesCuadrado :: ([Integer],Int) -> [Integer]

invDigitosPosParesCuadrado (xs, a) =

[x | x <- [ceiling (sqrt 10^(a-1))..ceiling (sqrt 10^a)]

, digitosPosParesCuadrado x == (xs,a)]

-- 2ª definición de invDigitosPosParesCuadrado

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

invDigitosPosParesCuadrado2 :: ([Integer],Int) -> [Integer]

invDigitosPosParesCuadrado2 x =

[n | n <- [a..b], digitosPosParesCuadrado n == x]

where a = floor (sqrt (fromIntegral (completaNum x 0)))

b = ceiling (sqrt (fromIntegral (completaNum x 9)))

-- (completaNum (xs,k) n) es el número cuyos dígitos en las posiciones

-- pares son los de xs y los de las posiciones impares son iguales a n

-- (se supone que k es igual al doble de la longitud de xs o un

-- menos). Por ejemplo,

-- completaNum ([1,3,8],5) 4 == 14348

-- completaNum ([1,3,8],6) 4 == 143484

completaNum :: ([Integer],Int) -> Integer -> Integer

completaNum x n = digitosAnumero (completa x n)

-- (completa (xs,k) n) es la lista cuyos elementos en las posiciones

-- pares son los de xs y los de las posiciones impares son iguales a n

-- (se supone que k es igual al doble de la longitud de xs o un

-- menos). Por ejemplo,

-- completa ([1,3,8],5) 4 == [1,4,3,4,8]

-- completa ([1,3,8],6) 4 == [1,4,3,4,8,4]

completa :: ([Integer],Int) -> Integer -> [Integer]

completa (xs,k) n

| even k = ys

| otherwise = init ys

where ys = concat [[x,n] | x <- xs]

-- (digitosAnumero ds) es el número cuyos dígitos son ds. Por ejemplo,

-- digitosAnumero [2,0,1,9] == 2019

digitosAnumero :: [Integer] -> Integer

digitosAnumero = read . concatMap show

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> invDigitosPosParesCuadrado ([1,2,1,5,7,4,9],13)

-- [1106393,1234567,1314597]

-- (7.55 secs, 13,764,850,536 bytes)

-- λ> invDigitosPosParesCuadrado2 ([1,2,1,5,7,4,9],13)

-- [1106393,1234567,1314597]

-- (1.96 secs, 3,780,368,816 bytes)

-- Comprobación de la propiedad

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

-- La propiedad es

prop_digitosPosParesCuadrado :: Positive Integer -> Positive Integer -> Bool

prop_digitosPosParesCuadrado (Positive n) (Positive m) =

(digitosPosParesCuadrado m == x)

== (m `elem` invDigitosPosParesCuadrado x)

where x = digitosPosParesCuadrado n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_digitosPosParesCuadrado

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

¡Ojos que a la luz se abrieron
un día para, después,
ciegos tornar a la tierra,
hartos de mirar sin ver.

Antonio Machado

El teorema de Navidad de Fermat

PorJosé A. Alonso 31-diciembre-201825-abril-2021

Definir las funciones

   representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
   primos4nM1 :: [Integer]

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primos4nM1 :: [Integer]

tales que

(representaciones n) es la lista de pares de números naturales (x,y) tales que n = x^2 + y^2 con x <= y. Por ejemplo.

     representaciones  20           ==  [(2,4)]
     representaciones  25           ==  [(0,5),(3,4)]
     representaciones 325           ==  [(1,18),(6,17),(10,15)]
     representaciones 100000147984  ==  [(0,316228)]
     length (representaciones (10^10))    ==  6
     length (representaciones (4*10^12))  ==  7

representaciones 20 == [(2,4)]

representaciones 25 == [(0,5),(3,4)]

representaciones 325 == [(1,18),(6,17),(10,15)]

representaciones 100000147984 == [(0,316228)]

length (representaciones (10^10)) == 6

length (representaciones (4*10^12)) == 7

primosImparesConRepresentacionUnica es la lista de los números primos impares que se pueden escribir exactamente de una manera como suma de cuadrados de pares de números naturales (x,y) con x <= y. Por ejemplo,

     λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primosImparesConRepresentacionUnica [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

primos4nM1 es la lista de los números primos que se pueden escribir como uno más un múltiplo de 4 (es decir, que son congruentes con 1 módulo 4). Por ejemplo,

     λ> take 20 primos4nM1
     [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

1 2	λ> take 20 primos4nM1 [5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181,193]

Comprobar con QuickCheck el torema de Navidad de Fermat; es decir, que para todo número n, los n-ésimos elementos de primosImparesConRepresentacionUnica y de primos4nM1 son iguales.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones n =
  [(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones2 n =
  [(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)] 
              , let z = n - x*x
              , esCuadrado z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = x == y * y
  where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz 25  ==  5
--    raiz 24  ==  4
--    raiz 26  ==  5
raiz :: Integer -> Integer 
raiz 0 = 0
raiz 1 = 1
raiz x = aux (0,x)
    where aux (a,b) | d == x    = c
                    | c == a    = a
                    | d < x     = aux (c,b)
                    | otherwise = aux (a,c) 
              where c = (a+b) `div` 2
                    d = c^2

-- 3ª definición de representaciones
-- =================================

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
representaciones3 n =
  [(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)] 
               , let z = n - x*x
               , esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado3 25  ==  True
--    esCuadrado3 26  ==  False
esCuadrado3 :: Integer -> Bool
esCuadrado3 x = x == y * y
  where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz3 25  ==  5
--    raiz3 24  ==  4
--    raiz3 26  ==  5
raiz3 :: Integer -> Integer
raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))
          
-- 4ª definición de representaciones
-- =================================
 
representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))
  where aux x y
          | x > y     = [] 
          | otherwise = case compare (x*x + y*y) n of
                          LT -> aux (x + 1) y
                          EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)
                          GT -> aux x (y - 1)

-- Equivalencia de las definiciones de representaciones
-- ====================================================

-- La propiedad es
prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool
prop_representaciones_equiv (Positive n) =
  representaciones  n == representaciones2 n &&
  representaciones2 n == representaciones3 n &&
  representaciones3 n == representaciones4 n

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

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones
-- =================================================================

--    λ> representaciones 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)
--    λ> representaciones2 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 867,944 bytes)
--    λ> representaciones3 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 173,512 bytes)
--    λ> representaciones4 3025
--    [(0,55),(33,44)]
--    (0.00 secs, 423,424 bytes)
--    
--    λ> length (representaciones2 (10^10))
--    6
--    (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)
--    λ> length (representaciones3 (10^10))
--    6
--    (0.10 secs, 62,349,048 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (10^10))
--    6
--    (0.11 secs, 48,052,360 bytes)
--
--    λ> length (representaciones3 (4*10^12))
--    7
--    (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)
--    λ> length (representaciones4 (4*10^12))
--    7
--    (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica
-- =================================================

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]
primosImparesConRepresentacionUnica =
  [x | x <- tail primes
     , length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1
-- ========================

primos4nM1 :: [Integer]
primos4nM1 = [x | x <- primes
                , x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat
-- ============================

-- La propiedad es
prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool
prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =
  primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n
             
-- La comprobación es
--    λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat
--    +++ OK, passed 100 tests.

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import Data.Numbers.Primes (primes)

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición de representaciones

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

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

representaciones n =

[(x,y) | x <- [0..n], y <- [x..n], n == x*x + y*y]

-- 2ª definición de representaciones

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

representaciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones2 n =

[(x,raiz z) | x <- [0..raiz (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = x == y * y

where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz 25 == 5

-- raiz 24 == 4

-- raiz 26 == 5

raiz :: Integer -> Integer

raiz 0 = 0

raiz 1 = 1

raiz x = aux (0,x)

where aux (a,b) | d == x = c

| c == a = a

| d < x = aux (c,b)

| otherwise = aux (a,c)

where c = (a+b) `div` 2

d = c^2

-- 3ª definición de representaciones

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

representaciones3 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

representaciones3 n =

[(x,raiz3 z) | x <- [0..raiz3 (n `div` 2)]

, let z = n - x*x

, esCuadrado3 z]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado3 25 == True

-- esCuadrado3 26 == False

esCuadrado3 :: Integer -> Bool

esCuadrado3 x = x == y * y

where y = raiz3 x

-- (raiz3 x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz3 25 == 5

-- raiz3 24 == 4

-- raiz3 26 == 5

raiz3 :: Integer -> Integer

raiz3 x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 4ª definición de representaciones

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

representaciones4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

representaciones4 n = aux 0 (floor (sqrt (fromIntegral n)))

where aux x y

| x > y = []

| otherwise = case compare (x*x + y*y) n of

LT -> aux (x + 1) y

EQ -> (x, y) : aux (x + 1) (y - 1)

GT -> aux x (y - 1)

-- Equivalencia de las definiciones de representaciones

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

-- La propiedad es

prop_representaciones_equiv :: (Positive Integer) -> Bool

prop_representaciones_equiv (Positive n) =

representaciones n == representaciones2 n &&

representaciones2 n == representaciones3 n &&

representaciones3 n == representaciones4 n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_representaciones_equiv

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia de las definiciones de representaciones

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

-- λ> representaciones 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (2.86 secs, 1,393,133,528 bytes)

-- λ> representaciones2 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 867,944 bytes)

-- λ> representaciones3 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 173,512 bytes)

-- λ> representaciones4 3025

-- [(0,55),(33,44)]

-- (0.00 secs, 423,424 bytes)

-- λ> length (representaciones2 (10^10))

-- 6

-- (3.38 secs, 2,188,903,544 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (10^10))

-- 6

-- (0.10 secs, 62,349,048 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (10^10))

-- 6

-- (0.11 secs, 48,052,360 bytes)

-- λ> length (representaciones3 (4*10^12))

-- 7

-- (1.85 secs, 1,222,007,176 bytes)

-- λ> length (representaciones4 (4*10^12))

-- 7

-- (1.79 secs, 953,497,480 bytes)

-- Definición de primosImparesConRepresentacionUnica

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

primosImparesConRepresentacionUnica :: [Integer]

primosImparesConRepresentacionUnica =

[x | x <- tail primes

, length (representaciones4 x) == 1]

-- Definición de primos4nM1

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

primos4nM1 :: [Integer]

primos4nM1 = [x | x <- primes

, x `mod` 4 == 1]

-- Teorema de Navidad de Fermat

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

-- La propiedad es

prop_teoremaDeNavidadDeFermat :: Positive Int -> Bool

prop_teoremaDeNavidadDeFermat (Positive n) =

primosImparesConRepresentacionUnica !! n == primos4nM1 !! n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_teoremaDeNavidadDeFermat

-- +++ OK, passed 100 tests.

Pensamiento

– ¡Cuándo llegará otro día!
– Hoy es siempre todavía.

Antonio Machado

Divisores compuestos

PorJosé A. Alonso 24-diciembre-201831-diciembre-2018

Definir la función

   divisoresCompuestos :: Integer -> [Integer]

1	divisoresCompuestos :: Integer -> [Integer]

tal que (divisoresCompuestos x) es la lista de los divisores de x que son números compuestos (es decir, números mayores que 1 que no son primos). Por ejemplo,

   divisoresCompuestos 30  ==  [6,10,15,30]
   length (divisoresCompuestos (product [1..11]))  ==  534
   length (divisoresCompuestos (product [1..14]))  ==  2585
   length (divisoresCompuestos (product [1..16]))  ==  5369
   length (divisoresCompuestos (product [1..25]))  ==  340022

divisoresCompuestos 30 == [6,10,15,30]

length (divisoresCompuestos (product [1..11])) == 534

length (divisoresCompuestos (product [1..14])) == 2585

length (divisoresCompuestos (product [1..16])) == 5369

length (divisoresCompuestos (product [1..25])) == 340022

Soluciones

import Data.List (group, inits, nub, sort, subsequences)
import Data.Numbers.Primes (isPrime, primeFactors)
import Test.QuickCheck

-- 1ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos x =
  [y | y <- divisores x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores x =
  [y | y <- [1..x]
     , x `mod` y == 0]

-- 2ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos2 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos2 x =
  [y | y <- divisores2 x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores2 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores2 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores2 :: Integer -> [Integer]
divisores2 x =
  [y | y <- [1..x `div` 2], x `mod` y == 0] ++ [x] 

-- 2ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos3 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos3 x =
  [y | y <- divisores2 x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores3 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores2 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores3 :: Integer -> [Integer]
divisores3 x =
  nub (sort (ys ++ [x `div` y | y <- ys]))
  where ys = [y | y <- [1..floor (sqrt (fromIntegral x))]
                , x `mod` y == 0]
             
-- 4ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos4 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos4 x =
  [y | y <- divisores4 x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores4 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores4 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores4 :: Integer -> [Integer]
divisores4 =
  nub . sort . map product . subsequences . primeFactors

-- 5ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos5 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos5 x =
  [y | y <- divisores5 x
     , y > 1
     , not (isPrime y)]

-- (divisores5 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,
--    divisores5 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]
divisores5 :: Integer -> [Integer]
divisores5 =
  sort
  . map (product . concat)
  . productoCartesiano
  . map inits
  . group
  . primeFactors

-- (productoCartesiano xss) es el producto cartesiano de los conjuntos
-- xss. Por ejemplo, 
--    λ> productoCartesiano [[1,3],[2,5],[6,4]]
--    [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]
productoCartesiano :: [[a]] -> [[a]]
productoCartesiano []       = [[]]
productoCartesiano (xs:xss) =
  [x:ys | x <- xs, ys <- productoCartesiano xss]
  
-- 6ª solución
-- ===========

divisoresCompuestos6 :: Integer -> [Integer]
divisoresCompuestos6 =
  sort
  . map product
  . compuestos
  . map concat
  . productoCartesiano
  . map inits
  . group
  . primeFactors
  where compuestos xss = [xs | xs <- xss, length xs > 1]  

-- Equivalencia de las definiciones
-- ================================

-- La propiedad es
prop_divisoresCompuestos :: (Positive Integer) -> Bool
prop_divisoresCompuestos (Positive x) =
  all (== divisoresCompuestos x) [f x | f <- [ divisoresCompuestos2
                                             , divisoresCompuestos3
                                             , divisoresCompuestos4
                                             , divisoresCompuestos5
                                             , divisoresCompuestos6 ]]

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

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

--    λ> length (divisoresCompuestos (product [1..11]))
--    534
--    (14.59 secs, 7,985,108,976 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos2 (product [1..11]))
--    534
--    (7.36 secs, 3,993,461,168 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos3 (product [1..11]))
--    534
--    (7.35 secs, 3,993,461,336 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos4 (product [1..11]))
--    534
--    (0.07 secs, 110,126,392 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..11]))
--    534
--    (0.01 secs, 3,332,224 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..11]))
--    534
--    (0.01 secs, 1,869,776 bytes)
--    
--    λ> length (divisoresCompuestos4 (product [1..14]))
--    2585
--    (9.11 secs, 9,461,570,720 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..14]))
--    2585
--    (0.04 secs, 17,139,872 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..14]))
--    2585
--    (0.02 secs, 10,140,744 bytes)
--    
--    λ> length (divisoresCompuestos2 (product [1..16]))
--    5369
--    (1.97 secs, 932,433,176 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..16]))
--    5369
--    (0.03 secs, 37,452,088 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..16]))
--    5369
--    (0.03 secs, 23,017,480 bytes)
--    
--    λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..25]))
--    340022
--    (2.43 secs, 3,055,140,056 bytes)
--    λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..25]))
--    340022
--    (1.94 secs, 2,145,440,904 bytes)

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import Data.List (group, inits, nub, sort, subsequences)

import Data.Numbers.Primes (isPrime, primeFactors)

import Test.QuickCheck

-- 1ª solución

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

divisoresCompuestos :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos x =

[y | y <- divisores x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores x =

[y | y <- [1..x]

, x `mod` y == 0]

-- 2ª solución

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

divisoresCompuestos2 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos2 x =

[y | y <- divisores2 x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores2 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores2 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores2 :: Integer -> [Integer]

divisores2 x =

[y | y <- [1..x `div` 2], x `mod` y == 0] ++ [x]

-- 2ª solución

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

divisoresCompuestos3 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos3 x =

[y | y <- divisores2 x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores3 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores2 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores3 :: Integer -> [Integer]

divisores3 x =

nub (sort (ys ++ [x `div` y | y <- ys]))

where ys = [y | y <- [1..floor (sqrt (fromIntegral x))]

, x `mod` y == 0]

-- 4ª solución

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

divisoresCompuestos4 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos4 x =

[y | y <- divisores4 x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores4 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores4 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores4 :: Integer -> [Integer]

divisores4 =

nub . sort . map product . subsequences . primeFactors

-- 5ª solución

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

divisoresCompuestos5 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos5 x =

[y | y <- divisores5 x

, y > 1

, not (isPrime y)]

-- (divisores5 x) es la lista de los divisores de x. Por ejemplo,

-- divisores5 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores5 :: Integer -> [Integer]

divisores5 =

sort

. map (product . concat)

. productoCartesiano

. map inits

. group

. primeFactors

-- (productoCartesiano xss) es el producto cartesiano de los conjuntos

-- xss. Por ejemplo,

-- λ> productoCartesiano [[1,3],[2,5],[6,4]]

-- [[1,2,6],[1,2,4],[1,5,6],[1,5,4],[3,2,6],[3,2,4],[3,5,6],[3,5,4]]

productoCartesiano :: [[a]] -> [[a]]

productoCartesiano [] = [[]]

productoCartesiano (xs:xss) =

[x:ys | x <- xs, ys <- productoCartesiano xss]

-- 6ª solución

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

divisoresCompuestos6 :: Integer -> [Integer]

divisoresCompuestos6 =

sort

. map product

. compuestos

. map concat

. productoCartesiano

. map inits

. group

. primeFactors

where compuestos xss = [xs | xs <- xss, length xs > 1]

-- Equivalencia de las definiciones

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

-- La propiedad es

prop_divisoresCompuestos :: (Positive Integer) -> Bool

prop_divisoresCompuestos (Positive x) =

all (== divisoresCompuestos x) [f x | f <- [ divisoresCompuestos2

, divisoresCompuestos3

, divisoresCompuestos4

, divisoresCompuestos5

, divisoresCompuestos6 ]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_divisoresCompuestos

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> length (divisoresCompuestos (product [1..11]))

-- 534

-- (14.59 secs, 7,985,108,976 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos2 (product [1..11]))

-- 534

-- (7.36 secs, 3,993,461,168 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos3 (product [1..11]))

-- 534

-- (7.35 secs, 3,993,461,336 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos4 (product [1..11]))

-- 534

-- (0.07 secs, 110,126,392 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..11]))

-- 534

-- (0.01 secs, 3,332,224 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..11]))

-- 534

-- (0.01 secs, 1,869,776 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos4 (product [1..14]))

-- 2585

-- (9.11 secs, 9,461,570,720 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..14]))

-- 2585

-- (0.04 secs, 17,139,872 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..14]))

-- 2585

-- (0.02 secs, 10,140,744 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos2 (product [1..16]))

-- 5369

-- (1.97 secs, 932,433,176 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..16]))

-- 5369

-- (0.03 secs, 37,452,088 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..16]))

-- 5369

-- (0.03 secs, 23,017,480 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos5 (product [1..25]))

-- 340022

-- (2.43 secs, 3,055,140,056 bytes)

-- λ> length (divisoresCompuestos6 (product [1..25]))

-- 340022

-- (1.94 secs, 2,145,440,904 bytes)

Pensamiento

«La verdad del hombre empieza donde acaba su propia tontería, pero la
tontería del hombre es inagotable.»

Antonio Machado

Números que no son cuadrados

PorJosé A. Alonso 15-febrero-201822-febrero-2018

Definir las funciones

   noCuadrados :: [Integer]
   graficaNoCuadrados :: Integer -> IO ()

1 2	noCuadrados :: [Integer] graficaNoCuadrados :: Integer -> IO ()

tales que

noCuadrados es la lista de los números naturales que no son cuadrados. Por ejemplo,

     λ> take 25 noCuadrados
     [2,3,5,6,7,8,10,11,12,13,14,15,17,18,19,20,21,22,23,24,26,27,28,29,30]

1 2	λ> take 25 noCuadrados [2,3,5,6,7,8,10,11,12,13,14,15,17,18,19,20,21,22,23,24,26,27,28,29,30]

(graficaNoCuadrados n) dibuja las diferencias entre los n primeros elementos de noCuadrados y sus posiciones. Por ejemplo, (graficaNoCuadrados 300) dibuja

(graficaNoCuadrados 3000) dibuja

(graficaNoCuadrados 30000) dibuja

Comprobar con QuickCheck que el término de noCuadrados en la posición n-1 es (n + floor(1/2 + sqrt(n))).

Soluciones

import Data.List (genericIndex)
import Graphics.Gnuplot.Simple
import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
-- =============

noCuadrados :: [Integer]
noCuadrados = aux [0..] cuadrados
  where aux xs (y:ys) = as ++ aux bs ys
          where (as,_:bs) = span (<y) xs

cuadrados :: [Integer]
cuadrados = [x^2 | x <- [0..]]

-- 2ª definición
-- =============

noCuadrados2 :: [Integer]
noCuadrados2 = aux 2 [1..]
  where aux n (_:xs) = ys ++ aux (n+2) zs
          where (ys,zs) = splitAt n xs

-- Definición de graficaNoCuadrados
-- ================================

graficaNoCuadrados :: Integer -> IO ()
graficaNoCuadrados n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG ("Numeros_que_no_son_cuadrados_" ++ show n ++ ".png")
           ]
           (zipWith (-) noCuadrados [0..n-1])

-- La propiedad es
prop_noCuadrados :: Positive Integer -> Bool
prop_noCuadrados (Positive n) =
  noCuadrados `genericIndex` (n-1) ==
  n + floor (1/2 + sqrt (fromIntegral n))

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

import Data.List (genericIndex)

import Graphics.Gnuplot.Simple

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

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

noCuadrados :: [Integer]

noCuadrados = aux [0..] cuadrados

where aux xs (y:ys) = as ++ aux bs ys

where (as,_:bs) = span (<y) xs

cuadrados :: [Integer]

cuadrados = [x^2 | x <- [0..]]

-- 2ª definición

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

noCuadrados2 :: [Integer]

noCuadrados2 = aux 2 [1..]

where aux n (_:xs) = ys ++ aux (n+2) zs

where (ys,zs) = splitAt n xs

-- Definición de graficaNoCuadrados

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

graficaNoCuadrados :: Integer -> IO ()

graficaNoCuadrados n =

plotList [ Key Nothing

, PNG ("Numeros_que_no_son_cuadrados_" ++ show n ++ ".png")

]

(zipWith (-) noCuadrados [0..n-1])

-- La propiedad es

prop_noCuadrados :: Positive Integer -> Bool

prop_noCuadrados (Positive n) =

noCuadrados `genericIndex` (n-1) ==

n + floor (1/2 + sqrt (fromIntegral n))

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_noCuadrados

-- +++ OK, passed 100 tests.

Terna pitagórica a partir de un lado

PorJosé A. Alonso 19-enero-201819-febrero-2018

Una terna pitagórica con primer lado x es una terna (x,y,z) tal que x^2 + y^2 = z^2. Por ejemplo, las ternas pitagóricas con primer lado 16 son (16,12,20), (16,30,34) y (16,63,65).

Definir las funciones

   ternasPitagoricas      :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer)]
   mayorTernaPitagorica   :: Integer -> (Integer,Integer,Integer)
   graficaMayorHipotenusa :: Integer -> IO ()

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

mayorTernaPitagorica :: Integer -> (Integer,Integer,Integer)

graficaMayorHipotenusa :: Integer -> IO ()

tales que

(ternasPitgoricas x) es la lista de las ternas pitagóricas con primer lado x. Por ejemplo,

     ternasPitagoricas 16 == [(16,12,20),(16,30,34),(16,63,65)]
     ternasPitagoricas 20 == [(20,15,25),(20,21,29),(20,48,52),(20,99,101)]
     ternasPitagoricas 25 == [(25,60,65),(25,312,313)]
     ternasPitagoricas 26 == [(26,168,170)]

ternasPitagoricas 16 == [(16,12,20),(16,30,34),(16,63,65)]

ternasPitagoricas 20 == [(20,15,25),(20,21,29),(20,48,52),(20,99,101)]

ternasPitagoricas 25 == [(25,60,65),(25,312,313)]

ternasPitagoricas 26 == [(26,168,170)]

(mayorTernaPitagorica x) es la mayor de las ternas pitagóricas con primer lado x. Por ejemplo,

     mayorTernaPitagorica 16     ==  (16,63,65)
     mayorTernaPitagorica 20     ==  (20,99,101)
     mayorTernaPitagorica 25     ==  (25,312,313)
     mayorTernaPitagorica 26     ==  (26,168,170)
     mayorTernaPitagorica 2018   ==  (2018,1018080,1018082)
     mayorTernaPitagorica 2019   ==  (2019,2038180,2038181)

mayorTernaPitagorica 16 == (16,63,65)

mayorTernaPitagorica 20 == (20,99,101)

mayorTernaPitagorica 25 == (25,312,313)

mayorTernaPitagorica 26 == (26,168,170)

mayorTernaPitagorica 2018 == (2018,1018080,1018082)

mayorTernaPitagorica 2019 == (2019,2038180,2038181)

(graficaMayorHipotenusa n) dibuja la gráfica de las sucesión de las mayores hipotenusas de las ternas pitagóricas con primer lado x, para x entre 3 y n. Por ejemplo, (graficaMayorHipotenusa 100) dibuja

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definición de ternasPitagoricas
-- ===============================

ternasPitagoricas :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer)]
ternasPitagoricas x =
  [(x,y,z) | y <- [1..(x^ 2 - 1) `div` 2 ]
           , z <- raizCuadrada (x^2 + y^2)]

-- La justificación de la cota es
--    x > 2
--    x^2 + y^2 >= (y+1)^2
--    x^2 + y^2 >= y^2 + 2*y + 1
--    y =< (x^ 2 - 1) `div` 2 

-- (raizCuadrada x) es la lista formada por la raíz cuadrada entera de
-- x, si existe y la lista vacía, en caso contrario. Por ejemplo, 
--    raizCuadrada 25  ==  [5]
--    raizCuadrada 26  ==  []
raizCuadrada :: Integer -> [Integer]
raizCuadrada x =
  [y | y <- [(round . sqrt . fromIntegral) x]
     , y^2 == x]


-- 1ª definición de mayorTernaPitagorica
-- =====================================

mayorTernaPitagorica :: Integer -> (Integer,Integer,Integer)
mayorTernaPitagorica =
  last . ternasPitagoricas

-- 2ª definición de mayorTernaPitagorica
-- =====================================

mayorTernaPitagorica2 :: Integer -> (Integer,Integer,Integer)
mayorTernaPitagorica2 x =
  head [(x,y,z) | y <- [k, k-1 .. 1]
                , z <- raizCuadrada (x^2 + y^2)]
  where k = (x^2 - 1) `div` 2

  
-- 3ª definición de mayorTernaPitagorica
-- =====================================

-- Se supone que x > 2. Se consideran dos casos:
-- 
-- Primer caso: Supongamos que x es par. Entonces x^2 > 4 y es divisible
-- por 4. Por tanto, existe un y tal que x^2 = 4*y + 4; luego,
--    x^2 + y^2 = 4*y + 4 + y^2
--              = (y + 2)^2
-- La terna es (x,y,y+2) donde y = (x^2 - 4) / 4.
--
-- Segundo caso: Supongamos que x es impar. Entonces x^2 es impar. Por
-- tanto, existe un y tal que x^2 = 2*y + 1; luego,
--    x^2 + y^2 = 2*y + 1 + y^2
--              = (y+1)^2
-- La terna es (x,y,y+1) donde y = (x^2 - 1) / 2.

mayorTernaPitagorica3 :: Integer -> (Integer,Integer,Integer)
mayorTernaPitagorica3 x
  | even x    = (x, y1, y1 + 2)
  | otherwise = (x, y2, y2 + 1)
    where y1 = (x^2 - 4) `div` 4
          y2 = (x^2 - 1) `div` 2 

-- Comparación de eficiencia
--    λ> mayorTernaPitagorica 1006
--    (1006,253008,253010)
--    (7.36 secs, 1,407,793,992 bytes)
--    λ> mayorTernaPitagorica2 1006
--    (1006,253008,253010)
--    (3.76 secs, 704,007,456 bytes)
--    λ> mayorTernaPitagorica3 1006
--    (1006,253008,253010)
--    (0.01 secs, 157,328 bytes)

graficaMayorHipotenusa :: Integer -> IO ()
graficaMayorHipotenusa n =
  plotList [ Key Nothing
           , PNG "Terna_pitagorica_a_partir_de_un_lado.png"
           ]
           [(x,z) | x <- [3..n]
                  , let (_,_,z) = mayorTernaPitagorica3 x]

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definición de ternasPitagoricas

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

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

ternasPitagoricas x =

[(x,y,z) | y <- [1..(x^ 2 - 1) `div` 2 ]

, z <- raizCuadrada (x^2 + y^2)]

-- La justificación de la cota es

-- x > 2

-- x^2 + y^2 >= (y+1)^2

-- x^2 + y^2 >= y^2 + 2*y + 1

-- y =< (x^ 2 - 1) `div` 2

-- (raizCuadrada x) es la lista formada por la raíz cuadrada entera de

-- x, si existe y la lista vacía, en caso contrario. Por ejemplo,

-- raizCuadrada 25 == [5]

-- raizCuadrada 26 == []

raizCuadrada :: Integer -> [Integer]

raizCuadrada x =

[y | y <- [(round . sqrt . fromIntegral) x]

, y^2 == x]

-- 1ª definición de mayorTernaPitagorica

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

mayorTernaPitagorica :: Integer -> (Integer,Integer,Integer)

mayorTernaPitagorica =

last . ternasPitagoricas

-- 2ª definición de mayorTernaPitagorica

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

mayorTernaPitagorica2 :: Integer -> (Integer,Integer,Integer)

mayorTernaPitagorica2 x =

head [(x,y,z) | y <- [k, k-1 .. 1]

, z <- raizCuadrada (x^2 + y^2)]

where k = (x^2 - 1) `div` 2

-- 3ª definición de mayorTernaPitagorica

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

-- Se supone que x > 2. Se consideran dos casos:

-- Primer caso: Supongamos que x es par. Entonces x^2 > 4 y es divisible

-- por 4. Por tanto, existe un y tal que x^2 = 4*y + 4; luego,

-- x^2 + y^2 = 4*y + 4 + y^2

-- = (y + 2)^2

-- La terna es (x,y,y+2) donde y = (x^2 - 4) / 4.

-- Segundo caso: Supongamos que x es impar. Entonces x^2 es impar. Por

-- tanto, existe un y tal que x^2 = 2*y + 1; luego,

-- x^2 + y^2 = 2*y + 1 + y^2

-- = (y+1)^2

-- La terna es (x,y,y+1) donde y = (x^2 - 1) / 2.

mayorTernaPitagorica3 :: Integer -> (Integer,Integer,Integer)

mayorTernaPitagorica3 x

| even x = (x, y1, y1 + 2)

| otherwise = (x, y2, y2 + 1)

where y1 = (x^2 - 4) `div` 4

y2 = (x^2 - 1) `div` 2

-- Comparación de eficiencia

-- λ> mayorTernaPitagorica 1006

-- (1006,253008,253010)

-- (7.36 secs, 1,407,793,992 bytes)

-- λ> mayorTernaPitagorica2 1006

-- (1006,253008,253010)

-- (3.76 secs, 704,007,456 bytes)

-- λ> mayorTernaPitagorica3 1006

-- (1006,253008,253010)

-- (0.01 secs, 157,328 bytes)

graficaMayorHipotenusa :: Integer -> IO ()

graficaMayorHipotenusa n =

plotList [ Key Nothing

, PNG "Terna_pitagorica_a_partir_de_un_lado.png"

]

[(x,z) | x <- [3..n]

, let (_,_,z) = mayorTernaPitagorica3 x]

Sucesión de raíces enteras de los números primos

PorJosé A. Alonso 26-diciembre-201719-febrero-2018

Definir las siguientes funciones

   raicesEnterasPrimos :: [Integer]
   posiciones :: Integer -> (Int,Int)
   frecuencia :: Integer -> Int
   grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()
   grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()
   grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()

raicesEnterasPrimos :: [Integer]

posiciones :: Integer -> (Int,Int)

frecuencia :: Integer -> Int

grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()

grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()

grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()

tales que

raicesEnterasPrimos es la sucesión de las raíces enteras (por defecto) de los números primos. Por ejemplo,

     λ> take 20 raicesEnterasPrimos
     [1,1,2,2,3,3,4,4,4,5,5,6,6,6,6,7,7,7,8,8]
     λ> raicesEnterasPrimos !! 2500000
     6415

λ> take 20 raicesEnterasPrimos

[1,1,2,2,3,3,4,4,4,5,5,6,6,6,6,7,7,7,8,8]

λ> raicesEnterasPrimos !! 2500000

6415

(posiciones x) es el par formado por la menor y la mayor posición de x en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo,

      posiciones 2     ==  (2,3)
      posiciones 4     ==  (6,8)
      posiciones 2017  ==  (287671,287931)
      posiciones 2018  ==  (287932,288208)

posiciones 2 == (2,3)

posiciones 4 == (6,8)

posiciones 2017 == (287671,287931)

posiciones 2018 == (287932,288208)

(frecuencia x) es el número de veces que aparece x en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo,

      frecuencia 2     ==  2
      frecuencia 4     ==  3
      frecuencia 2017  ==  261
      frecuencia 2018  ==  277

frecuencia 2 == 2

frecuencia 4 == 3

frecuencia 2017 == 261

frecuencia 2018 == 277

(grafica_raicesEnterasPrimos n) dibuja la gráfica de los n primeros términos de la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo, (grafica_raicesEnterasPrimos 200) dibuja
(grafica_posicionesIniciales n) dibuja la gráfica de las menores posiciones de los n primeros números en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo, (grafica_posicionesIniciales 200) dibuja
(grafica_frecuencia n) dibuja la gráfica de las frecuencia de los n primeros números en la sucesión de las raíces enteras de los números primos. Por ejemplo, (grafica_frecuencia 200) dibuja

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)
import Graphics.Gnuplot.Simple

raicesEnterasPrimos :: [Integer]
raicesEnterasPrimos = map raizEntera primes                       

raizEntera :: Integer -> Integer
raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

posiciones :: Integer -> (Int,Int)
posiciones x = (n,n+m-1)
  where (as,bs) = span (<x) raicesEnterasPrimos
        cs      = takeWhile (==x) bs 
        n       = length as
        m       = length cs

frecuencia :: Integer -> Int
frecuencia x =
  ( length
  . takeWhile (==x)
  . dropWhile (<x)
  ) raicesEnterasPrimos

grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()
grafica_raicesEnterasPrimos n = 
  plotList [ Title "Raices enteras de primos"
           , XLabel "Posiciones de numeros primos"
           , YLabel "Raiz entera del n-esimo primo"
           , Key Nothing
           , PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_1.png"
           ]
           (take n raicesEnterasPrimos)

grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()
grafica_posicionesIniciales n = 
  plotList [ Title "Posiciones iniciales en raices enteras de primos"
           , XLabel "Numeros enteros"
           , YLabel "Posicion del numero n en las raices enteras de primos"
           , Key Nothing
           , PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_2.png"
           ]
           (map (fst . posiciones) [1..n])

grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()
grafica_frecuencias n = 
  plotList [ Title "Frecuencias en raices enteras de primos"
           , XLabel "Numeros enteros n"
           , YLabel "Frecuencia del numero n en las raices enteras de primos"
           , Key Nothing
           , PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_3.png"
           ]
           (map frecuencia [1..n])

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Graphics.Gnuplot.Simple

raicesEnterasPrimos :: [Integer]

raicesEnterasPrimos = map raizEntera primes

raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera = floor . sqrt . fromIntegral

posiciones :: Integer -> (Int,Int)

posiciones x = (n,n+m-1)

where (as,bs) = span (<x) raicesEnterasPrimos

cs = takeWhile (==x) bs

n = length as

m = length cs

frecuencia :: Integer -> Int

frecuencia x =

( length

. takeWhile (==x)

. dropWhile (<x)

) raicesEnterasPrimos

grafica_raicesEnterasPrimos :: Int -> IO ()

grafica_raicesEnterasPrimos n =

plotList [ Title "Raices enteras de primos"

, XLabel "Posiciones de numeros primos"

, YLabel "Raiz entera del n-esimo primo"

, Key Nothing

, PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_1.png"

]

(take n raicesEnterasPrimos)

grafica_posicionesIniciales :: Integer -> IO ()

grafica_posicionesIniciales n =

plotList [ Title "Posiciones iniciales en raices enteras de primos"

, XLabel "Numeros enteros"

, YLabel "Posicion del numero n en las raices enteras de primos"

, Key Nothing

, PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_2.png"

]

(map (fst . posiciones) [1..n])

grafica_frecuencias :: Integer -> IO ()

grafica_frecuencias n =

plotList [ Title "Frecuencias en raices enteras de primos"

, XLabel "Numeros enteros n"

, YLabel "Frecuencia del numero n en las raices enteras de primos"

, Key Nothing

, PNG "Sucesion_de_raices_enteras_de_primos_3.png"

]

(map frecuencia [1..n])

Caminos minimales en un árbol numérico

PorJosé A. Alonso 7-diciembre-201725-abril-2021

En la librería Data.Tree se definen los árboles y los bosques como sigue

   data Tree a   = Node a (Forest a)
   type Forest a = [Tree a]

1 2	data Tree a = Node a (Forest a) type Forest a = [Tree a]

Se pueden definir árboles. Por ejemplo,

   ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

1	ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

Y se pueden dibujar con la función drawTree. Por ejemplo,

   λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))
   3
   |
   +- 5
   |  |
   |  `- 9
   |
   `- 7

λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))

+- 5

| |

| `- 9

`- 7

Los mayores divisores de un número x son los divisores u tales que u > 1 y existe un v tal que 1 < v < u y u*v = x. Por ejemplo, los mayores divisores de 24 son 12, 8 y 6.

El árbol de los predecesores y mayores divisores de un número x es el árbol cuya raíz es x y los sucesores de cada nodo y > 1 es el conjunto formado por y-1 junto con los mayores divisores de y. Los nodos con valor 1 no tienen sucesores. Por ejemplo, el árbol de los predecesores y mayores divisores del número 6 es

/ \

5 3

| |

4 2

/ \ |

3 2 1

| |

2 1

Definir las siguientes funciones

   mayoresDivisores :: Int -> [Int]
   arbol            :: Int -> Tree Int
   caminos          :: Int -> [[Int]]
   caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

arbol :: Int -> Tree Int

caminos :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

tales que

(mayoresDivisores x) es la lista de los mayores divisores de x. Por ejemplo,

     mayoresDivisores 24  ==  [12,8,6]
     mayoresDivisores 16  ==  [8,4]
     mayoresDivisores 10  ==  [5]
     mayoresDivisores 17  ==  []

mayoresDivisores 24 == [12,8,6]

mayoresDivisores 16 == [8,4]

mayoresDivisores 10 == [5]

mayoresDivisores 17 == []

(arbol x) es el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))
     6
     |
     +- 5
     |  |
     |  `- 4
     |     |
     |     +- 3
     |     |  |
     |     |  `- 2
     |     |     |
     |     |     `- 1
     |     |
     |     `- 2
     |        |
     |        `- 1
     |
     `- 3
        |
        `- 2
           |
           `- 1

λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))

+- 5

| |

| `- 4

| |

| +- 3

| | |

| | `- 2

| | |

| | `- 1

| |

| `- 2

| |

| `- 1

`- 3

`- 2

`- 1

(caminos x) es la lista de los caminos en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminos 6
     [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

1 2	λ> caminos 6 [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

(caminosMinimales x) es la lista de los caminos en de menor longitud en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminosMinimales 6
     [[6,3,2,1]]
     λ> caminosMinimales 17
     [[17,16,4,2,1]]
     λ> caminosMinimales 50
     [[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 6

[[6,3,2,1]]

λ> caminosMinimales 17

[[17,16,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 50

[[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

Soluciones

import Data.Tree

mayoresDivisores :: Int -> [Int]
mayoresDivisores x =
  [max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]
           , x `mod` u == 0
           , let v = x `div` u]  

arbol :: Int -> Tree Int
arbol 1 = Node 1 []
arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]
caminos = caminosArbol . arbol

--    λ> caminosArbol (arbol 6)
--    [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]
caminosArbol :: Tree a -> [[a]]
caminosArbol (Node x []) = [[x]]
caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]
caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]
caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]
  where yss = caminos x
        m   = minimum (map length yss)

import Data.Tree

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

mayoresDivisores x =

[max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]

, x `mod` u == 0

, let v = x `div` u]

arbol :: Int -> Tree Int

arbol 1 = Node 1 []

arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]

caminos = caminosArbol . arbol

-- λ> caminosArbol (arbol 6)

-- [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

caminosArbol :: Tree a -> [[a]]

caminosArbol (Node x []) = [[x]]

caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]

caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]

where yss = caminos x

m = minimum (map length yss)

Sumas de dos cuadrados

PorJosé A. Alonso 24-noviembre-20174-diciembre-2017

Definir la función

   sumasDe2Cuadrados :: Integer -> [(Integer, Integer)]

1	sumasDe2Cuadrados :: Integer -> [(Integer, Integer)]

tal que (sumasDe2Cuadrados n) es la lista de los pares de números tales que la suma de sus cuadrados es n y el primer elemento del par es mayor o igual que el segundo. Por ejemplo,

   sumasDe2Cuadrados 25                ==  [(5,0),(4,3)]
   sumasDe2Cuadrados 32                ==  [(4,4)]
   sumasDe2Cuadrados 55                ==  []
   sumasDe2Cuadrados 850               ==  [(29,3),(27,11),(25,15)]
   length (sumasDe2Cuadrados (10^12))  ==  7

sumasDe2Cuadrados 25 == [(5,0),(4,3)]

sumasDe2Cuadrados 32 == [(4,4)]

sumasDe2Cuadrados 55 == []

sumasDe2Cuadrados 850 == [(29,3),(27,11),(25,15)]

length (sumasDe2Cuadrados (10^12)) == 7

Soluciones

-- 1ª definición
sumasDe2Cuadrados1 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
sumasDe2Cuadrados1 n = 
  [(x,y) | x <- [n,n-1..0]
         , y <- [0..x]
         , x*x+y*y == n]

-- 2ª definición:
sumasDe2Cuadrados2 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
sumasDe2Cuadrados2 n = 
  [(x,y) | x <- [a,a-1..0]
         , y <- [0..x]
         , x*x+y*y == n]
  where a = (floor . sqrt . fromIntegral) n

-- 3ª definición
sumasDe2Cuadrados3 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
sumasDe2Cuadrados3 n =
  [(raizEntera x, raizEntera y)
  | y <- takeWhile (<= n `div` 2) cuadrados
  , let x = n - y
  , esCuadrado x]

cuadrados :: [Integer]
cuadrados = map (^2) [0..]

esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x =
  x == y * y
  where y = raizEntera x
  
raizEntera :: Integer -> Integer
raizEntera x =
  (floor . sqrt . fromIntegral) x

-- 4ª definición
sumasDe2Cuadrados4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]
sumasDe2Cuadrados4 n = aux ((floor . sqrt . fromIntegral) n) 0 
  where aux x y | x < y          = [] 
                | x*x + y*y <  n = aux x (y+1)
                | x*x + y*y == n = (x,y) : aux (x-1) (y+1)
                | otherwise      = aux (x-1) y

-- Comparación de eficiencia
--    λ> sumasDe2Cuadrados1 2020
--    [(42,16),(38,24)]
--    (4.29 secs, 621,601,336 bytes)
--    λ> sumasDe2Cuadrados2 2020
--    [(42,16),(38,24)]
--    (0.01 secs, 488,496 bytes)
--    λ> sumasDe2Cuadrados3 2020
--    [(42,16),(38,24)]
--    (0.02 secs, 197,256 bytes)
--    λ> sumasDe2Cuadrados4 2020
--    [(42,16),(38,24)]
--    (0.01 secs, 175,088 bytes)
--
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados2 48612265)
--    32
--    (51.25 secs, 7,395,035,904 bytes)
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados3 48612265)
--    32
--    (0.06 secs, 8,368,296 bytes)
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados4 48612265)
--    32
--    (0.04 secs, 3,483,168 bytes)
--    
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados3 (10^12))
--    7
--    (7.32 secs, 1,137,167,688 bytes)
--    λ> length (sumasDe2Cuadrados4 (10^12))
--    7
--    (3.64 secs, 480,776,736 bytes)

-- 1ª definición

sumasDe2Cuadrados1 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

sumasDe2Cuadrados1 n =

[(x,y) | x <- [n,n-1..0]

, y <- [0..x]

, x*x+y*y == n]

-- 2ª definición:

sumasDe2Cuadrados2 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

sumasDe2Cuadrados2 n =

[(x,y) | x <- [a,a-1..0]

, y <- [0..x]

, x*x+y*y == n]

where a = (floor . sqrt . fromIntegral) n

-- 3ª definición

sumasDe2Cuadrados3 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

sumasDe2Cuadrados3 n =

[(raizEntera x, raizEntera y)

| y <- takeWhile (<= n `div` 2) cuadrados

, let x = n - y

, esCuadrado x]

cuadrados :: [Integer]

cuadrados = map (^2) [0..]

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x =

x == y * y

where y = raizEntera x

raizEntera :: Integer -> Integer

raizEntera x =

(floor . sqrt . fromIntegral) x

-- 4ª definición

sumasDe2Cuadrados4 :: Integer -> [(Integer, Integer)]

sumasDe2Cuadrados4 n = aux ((floor . sqrt . fromIntegral) n) 0

where aux x y | x < y = []

| x*x + y*y < n = aux x (y+1)

| x*x + y*y == n = (x,y) : aux (x-1) (y+1)

| otherwise = aux (x-1) y

-- Comparación de eficiencia

-- λ> sumasDe2Cuadrados1 2020

-- [(42,16),(38,24)]

-- (4.29 secs, 621,601,336 bytes)

-- λ> sumasDe2Cuadrados2 2020

-- [(42,16),(38,24)]

-- (0.01 secs, 488,496 bytes)

-- λ> sumasDe2Cuadrados3 2020

-- [(42,16),(38,24)]

-- (0.02 secs, 197,256 bytes)

-- λ> sumasDe2Cuadrados4 2020

-- [(42,16),(38,24)]

-- (0.01 secs, 175,088 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados2 48612265)

-- 32

-- (51.25 secs, 7,395,035,904 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados3 48612265)

-- 32

-- (0.06 secs, 8,368,296 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados4 48612265)

-- 32

-- (0.04 secs, 3,483,168 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados3 (10^12))

-- 7

-- (7.32 secs, 1,137,167,688 bytes)

-- λ> length (sumasDe2Cuadrados4 (10^12))

-- 7

-- (3.64 secs, 480,776,736 bytes)

[/schedule]

Números oblongos

PorJosé A. Alonso 13-noviembre-201725-marzo-2022

Un número oblongo es un número que es el producto de dos números naturales consecutivos; es decir, n es un número oblongo si existe un número natural x tal que n = x(x+1). Por ejemplo, 42 es un número oblongo porque 42 = 6 x 7.

Definir las funciones

   esOblongo :: Integer -> Bool
   oblongos  :: [Integer]

1 2	esOblongo :: Integer -> Bool oblongos :: [Integer]

tales que

(esOblongo n) se verifica si n es oblongo. Por ejemplo,

     esOblongo 42               ==  True
     esOblongo 40               ==  False
     esOblongo 100000010000000  ==  True

esOblongo 42 == True

esOblongo 40 == False

esOblongo 100000010000000 == True

oblongos es la suceción de los números oblongos. Por ejemplo,

     take 15 oblongos   == [0,2,6,12,20,30,42,56,72,90,110,132,156,182,210]
     oblongos !! 50     == 2550
     oblongos !! (10^7) == 100000010000000

take 15 oblongos == [0,2,6,12,20,30,42,56,72,90,110,132,156,182,210]

oblongos !! 50 == 2550

oblongos !! (10^7) == 100000010000000

Soluciones

-- 1ª definición de esOblongo
esOblongo1 :: Integer -> Bool
esOblongo1 n =
  n == x * (x+1)
  where x = round (sqrt (fromIntegral n))

-- 2ª definición de esOblongo
esOblongo2 :: Integer -> Bool
esOblongo2 n =
  n `pertenece` oblongos3

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool
pertenece x ys =
  x == head (dropWhile (< x) ys)

-- 1ª definición de oblongos
oblongos1 :: [Integer]
oblongos1 = [n | n <- [0..]
               , esOblongo1 n]

-- 2ª definición de oblongos
oblongos2 :: [Integer]
oblongos2 = filter esOblongo1 [0..]

-- 3ª definición de oblongos
oblongos3 :: [Integer]
oblongos3 = zipWith (*) [0..] [1..]

-- 1ª definición de esOblongo

esOblongo1 :: Integer -> Bool

esOblongo1 n =

n == x * (x+1)

where x = round (sqrt (fromIntegral n))

-- 2ª definición de esOblongo

esOblongo2 :: Integer -> Bool

esOblongo2 n =

n `pertenece` oblongos3

pertenece :: Integer -> [Integer] -> Bool

pertenece x ys =

x == head (dropWhile (< x) ys)

-- 1ª definición de oblongos

oblongos1 :: [Integer]

oblongos1 = [n | n <- [0..]

, esOblongo1 n]

-- 2ª definición de oblongos

oblongos2 :: [Integer]

oblongos2 = filter esOblongo1 [0..]

-- 3ª definición de oblongos

oblongos3 :: [Integer]

oblongos3 = zipWith (*) [0..] [1..]

Números completos

PorJosé A. Alonso 6-noviembre-201714-noviembre-2017

Las descomposiciones de un número n son las parejas de números (x,y) tales que x >= y y la suma de las cuatro operaciones básicas (suma, producto, resta (el mayor menos el menor) y cociente (el mayor entre el menor)) es el número n. Por ejemplo, (8,2) es una descomposición de 36 ya que

   (8 + 2) + (8 - 2) + (8 * 2) + (8 / 2) = 36

1	(8 + 2) + (8 - 2) + (8 * 2) + (8 / 2) = 36

Un número es completo si tiene alguna descomposición como las anteriores. Por ejemplo, el 36 es completo pero el 21 no lo es.

Definir las siguientes funciones

   descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   completos        :: [Integer]

1 2	descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer)] completos :: [Integer]

tales que

(descomposiciones n) es la lista de las descomposiones de n. Por ejemplo,

     descomposiciones 12   ==  [(3,1)]
     descomposiciones 16   ==  [(3,3),(4,1)]
     descomposiciones 36   ==  [(5,5),(8,2),(9,1)]
     descomposiciones 288  ==  [(22,11),(40,5),(54,3),(64,2),(72,1)]
     descomposiciones 21   ==  []

descomposiciones 12 == [(3,1)]

descomposiciones 16 == [(3,3),(4,1)]

descomposiciones 36 == [(5,5),(8,2),(9,1)]

descomposiciones 288 == [(22,11),(40,5),(54,3),(64,2),(72,1)]

descomposiciones 21 == []

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

     take 15 completos  ==  [4,8,9,12,16,18,20,24,25,27,28,32,36,40,44]
     completos !! 100   ==  261

1 2	take 15 completos == [4,8,9,12,16,18,20,24,25,27,28,32,36,40,44] completos !! 100 == 261

Soluciones

-- 1ª solución de descomposiciones
descomposiciones1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposiciones1 n =
  [(x,y) | x <- [1..n]
         , y <- [1..x]
         , x `rem` y == 0
         , (x + y) + (x - y) + (x * y) + (x `div` y) == n]

-- 2ª solución de descomposiciones
descomposiciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposiciones2 n =
  [(n `div` ((y+1)^2) * y,y)
  | y <- [1..(floor . sqrt . fromIntegral) n]
  , n `mod` ((y+1)^2) == 0]

-- Comparación de eficiencia
--    λ> length (descomposiciones1 4000)
--    5
--    (3.16 secs, 1,618,693,272 bytes)
--    λ> length (descomposiciones2 4000)
--    5
--    (0.00 secs, 188,208 bytes)

-- Usaremos la 2ª definició de descomposiciones
descomposiciones :: Integer -> [(Integer,Integer)]
descomposiciones = descomposiciones2

-- 1ª definición de completos
completos1 :: [Integer]
completos1 = [n | n <- [1..]
                , not (null (descomposiciones n))]

-- 2ª definición de completos
completos2 :: [Integer]
completos2 = filter (not . null . descomposiciones) [1..]

-- Usaremos la 2ª definición de completos
completos :: [Integer]
completos = completos2

-- 1ª solución de descomposiciones

descomposiciones1 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

descomposiciones1 n =

[(x,y) | x <- [1..n]

, y <- [1..x]

, x `rem` y == 0

, (x + y) + (x - y) + (x * y) + (x `div` y) == n]

-- 2ª solución de descomposiciones

descomposiciones2 :: Integer -> [(Integer,Integer)]

descomposiciones2 n =

[(n `div` ((y+1)^2) * y,y)

| y <- [1..(floor . sqrt . fromIntegral) n]

, n `mod` ((y+1)^2) == 0]

-- Comparación de eficiencia

-- λ> length (descomposiciones1 4000)

-- 5

-- (3.16 secs, 1,618,693,272 bytes)

-- λ> length (descomposiciones2 4000)

-- 5

-- (0.00 secs, 188,208 bytes)

-- Usaremos la 2ª definició de descomposiciones

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

descomposiciones = descomposiciones2

-- 1ª definición de completos

completos1 :: [Integer]

completos1 = [n | n <- [1..]

, not (null (descomposiciones n))]

-- 2ª definición de completos

completos2 :: [Integer]

completos2 = filter (not . null . descomposiciones) [1..]

-- Usaremos la 2ª definición de completos

completos :: [Integer]

completos = completos2

Números libres de cuadrados

PorJosé A. Alonso 3-noviembre-201725-abril-2021

Un número entero positivo es libre de cuadrados si no es divisible el cuadrado de ningún entero mayor que 1. Por ejemplo, 70 es libre de cuadrado porque sólo es divisible por 1, 2, 5, 7 y 70; en cambio, 40 no es libre de cuadrados porque es divisible por 2^2.

Definir la función

   libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

1	libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

tal que (libreDeCuadrados x) se verifica si x es libre de cuadrados. Por ejemplo,

   libreDeCuadrados 70                    ==  True
   libreDeCuadrados 40                    ==  False
   libreDeCuadrados 510510                ==  True
   libreDeCuadrados (((10^10)^10)^10)     ==  False

libreDeCuadrados 70 == True

libreDeCuadrados 40 == False

libreDeCuadrados 510510 == True

libreDeCuadrados (((10^10)^10)^10) == False

Otro ejemplo,

   λ> filter (not . libreDeCuadrados) [1..50]
   [4,8,9,12,16,18,20,24,25,27,28,32,36,40,44,45,48,49,50]

1 2	λ> filter (not . libreDeCuadrados) [1..50] [4,8,9,12,16,18,20,24,25,27,28,32,36,40,44,45,48,49,50]

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primeFactors, primes)
import Data.List (nub)
import Test.QuickCheck

import Data.List (genericLength) -- Para OS

-- 1ª definición:
libreDeCuadrados :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados x = x == product (divisoresPrimos x)

-- (divisoresPrimos x) es la lista de los divisores primos de x. Por
-- ejemplo,  
--    divisoresPrimos 40  ==  [2,5]
--    divisoresPrimos 70  ==  [2,5,7]
divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]
divisoresPrimos x = [n | n <- divisores x, primo n]

-- (divisores n) es la lista de los divisores del número n. Por ejemplo,
--    divisores 30  ==  [1,2,3,5,6,10,15,30]  
divisores :: Integer -> [Integer]
divisores n = [x | x <- [1..n], n `mod` x == 0]

-- (primo n) se verifica si n es primo. Por ejemplo,
--    primo 30  == False
--    primo 31  == True  
primo :: Integer -> Bool
primo n = divisores n == [1, n]

-- 2ª definición
libreDeCuadrados2 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados2 n = 
    null [x | x <- [2..n], rem n (x^2) == 0]

-- 3ª definición
libreDeCuadrados3 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados3 n = 
    null [x | x <- [2..floor (sqrt (fromIntegral n))], 
              rem n (x^2) == 0]

-- 4ª definición
libreDeCuadrados4 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados4 n = 
  xs == nub xs
  where xs = primeFactors n

-- 5ª definición
libreDeCuadrados5 :: Integer -> Bool
libreDeCuadrados5 n = 
  all (\(x,y) -> x /= y) (zip xs (tail xs))
  where xs = primeFactors n

-- Equivalencia de las definiciones
-- ================================

prop_equivalencia :: Integer -> Property
prop_equivalencia n =
  n > 0 ==>
  all (== libreDeCuadrados n)
      [f n | f <- [ libreDeCuadrados2
                  , libreDeCuadrados3
                  , libreDeCuadrados4
                  , libreDeCuadrados5
                  ]]

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

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

--    λ> libreDeCuadrados 510510
--    True
--    (0.76 secs, 89,522,360 bytes)
--    λ> libreDeCuadrados2 510510
--    True
--    (1.78 secs, 371,826,320 bytes)
--    λ> libreDeCuadrados3 510510
--    True
--    (0.01 secs, 0 bytes)
--    λ> libreDeCuadrados4 510510
--    True
--    (0.00 secs, 152,712 bytes)
--
--    λ> filter libreDeCuadrados3 [1..] !! (2*10^4)
--    32906
--    (2.24 secs, 1,812,139,456 bytes)
--    λ> filter libreDeCuadrados4 [1..] !! (2*10^4)
--    32906
--    (0.51 secs, 936,216,664 bytes)
--    λ> filter libreDeCuadrados5 [1..] !! (2*10^4)
--    32906
--    (0.38 secs, 806,833,952 bytes)
--
--    λ> filter libreDeCuadrados4 [1..] !! (10^5)
--    164499
--    (3.28 secs, 7,470,629,888 bytes)
--    λ> filter libreDeCuadrados5 [1..] !! (10^5)
--    164499
--    (2.88 secs, 6,390,072,384 bytes)

100

import Data.Numbers.Primes (primeFactors, primes)

import Data.List (nub)

import Test.QuickCheck

import Data.List (genericLength) -- Para OS

-- 1ª definición:

libreDeCuadrados :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados x = x == product (divisoresPrimos x)

-- (divisoresPrimos x) es la lista de los divisores primos de x. Por

-- ejemplo,

-- divisoresPrimos 40 == [2,5]

-- divisoresPrimos 70 == [2,5,7]

divisoresPrimos :: Integer -> [Integer]

divisoresPrimos x = [n | n <- divisores x, primo n]

-- (divisores n) es la lista de los divisores del número n. Por ejemplo,

-- divisores 30 == [1,2,3,5,6,10,15,30]

divisores :: Integer -> [Integer]

divisores n = [x | x <- [1..n], n `mod` x == 0]

-- (primo n) se verifica si n es primo. Por ejemplo,

-- primo 30 == False

-- primo 31 == True

primo :: Integer -> Bool

primo n = divisores n == [1, n]

-- 2ª definición

libreDeCuadrados2 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados2 n =

null [x | x <- [2..n], rem n (x^2) == 0]

-- 3ª definición

libreDeCuadrados3 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados3 n =

null [x | x <- [2..floor (sqrt (fromIntegral n))],

rem n (x^2) == 0]

-- 4ª definición

libreDeCuadrados4 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados4 n =

xs == nub xs

where xs = primeFactors n

-- 5ª definición

libreDeCuadrados5 :: Integer -> Bool

libreDeCuadrados5 n =

all (\(x,y) -> x /= y) (zip xs (tail xs))

where xs = primeFactors n

-- Equivalencia de las definiciones

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

prop_equivalencia :: Integer -> Property

prop_equivalencia n =

n > 0 ==>

all (== libreDeCuadrados n)

[f n | f <- [ libreDeCuadrados2

, libreDeCuadrados3

, libreDeCuadrados4

, libreDeCuadrados5

]]

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_equivalencia

-- +++ OK, passed 100 tests.

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> libreDeCuadrados 510510

-- True

-- (0.76 secs, 89,522,360 bytes)

-- λ> libreDeCuadrados2 510510

-- True

-- (1.78 secs, 371,826,320 bytes)

-- λ> libreDeCuadrados3 510510

-- True

-- (0.01 secs, 0 bytes)

-- λ> libreDeCuadrados4 510510

-- True

-- (0.00 secs, 152,712 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados3 [1..] !! (2*10^4)

-- 32906

-- (2.24 secs, 1,812,139,456 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados4 [1..] !! (2*10^4)

-- 32906

-- (0.51 secs, 936,216,664 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados5 [1..] !! (2*10^4)

-- 32906

-- (0.38 secs, 806,833,952 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados4 [1..] !! (10^5)

-- 164499

-- (3.28 secs, 7,470,629,888 bytes)

-- λ> filter libreDeCuadrados5 [1..] !! (10^5)

-- 164499

-- (2.88 secs, 6,390,072,384 bytes)

Codificación matricial

PorJosé A. Alonso 21-marzo-201729-marzo-2017

El procedimiento de codificación matricial se puede entender siguiendo la codificación del mensaje "todoparanada" como se muestra a continuación:

Se calcula la longitud L del mensaje. En el ejemplo es L es 12.
Se calcula el menor entero positivo N cuyo cuadrado es mayor o igual que L. En el ejemplo N es 4.
Se extiende el mensaje con N²-L asteriscos. En el ejemplo, el mensaje extendido es "todoparanada****"
Con el mensaje extendido se forma una matriz cuadrada NxN. En el ejemplo la matriz es

     | t o d o |
     | p a r a |
     | n a d a |
     | * * * * |

| t o d o |

| p a r a |

| n a d a |

| * * * * |

Se rota 90º la matriz del mensaje extendido. En el ejemplo, la matriz rotada es

     | * n p t |
     | * a a o |
     | * d r d |
     | * a a o |

| * n p t |

| * a a o |

| * d r d |

| * a a o |

Se calculan los elementos de la matriz rotada. En el ejemplo, los elementos son "*npt*aap*drd*aao"
El mensaje codificado se obtiene eliminando los asteriscos de los elementos de la matriz rotada. En el ejemplo, "nptaapdrdaao".

Definir la función

   codificado :: String -> String

1	codificado :: String -> String

tal que (codificado cs) es el mensaje obtenido aplicando la codificación matricial al mensaje cs. Por ejemplo,

   codificado "todoparanada"    ==  "nptaaodrdaao"
   codificado "nptaaodrdaao"    ==  "danaopadtora"
   codificado "danaopadtora"    ==  "todoparanada"
   codificado "entodolamedida"  ==  "dmdeaeondltiao"

codificado "todoparanada" == "nptaaodrdaao"

codificado "nptaaodrdaao" == "danaopadtora"

codificado "danaopadtora" == "todoparanada"

codificado "entodolamedida" == "dmdeaeondltiao"

Nota: Este ejercicio está basado en el problema Secret Message de Kattis.

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Data.Array

codificado :: String -> String
codificado cs =
  filter (/='*') (elems (rota p))
  where n = ceiling (sqrt (genericLength cs))
        p = listArray ((1,1),(n,n)) (cs ++ repeat '*')

rota :: Array (Int,Int) Char -> Array (Int,Int) Char
rota p = array d [((i,j),p!(n+1-j,i)) | (i,j) <- indices p]
  where d = bounds p
        n = fst (snd d)

import Data.List (genericLength)

import Data.Array

codificado :: String -> String

codificado cs =

filter (/='*') (elems (rota p))

where n = ceiling (sqrt (genericLength cs))

p = listArray ((1,1),(n,n)) (cs ++ repeat '*')

rota :: Array (Int,Int) Char -> Array (Int,Int) Char

rota p = array d [((i,j),p!(n+1-j,i)) | (i,j) <- indices p]

where d = bounds p

n = fst (snd d)

Números de Catalan

PorJosé A. Alonso 13-marzo-201726-marzo-2022

Los números de Catalan forman la sucesión cuyo término general es

Los primeros números de Catalan son

   1, 1, 2, 5, 14, 42, 132, 429, 1430, 4862, 16796, 58786

1	1, 1, 2, 5, 14, 42, 132, 429, 1430, 4862, 16796, 58786

Los números de Catalan satisfacen la siguiente relación de recurrencia:

Asintóticamente, los números de Catalan crecen como:

considerando que el cociente entre el n-ésimo número de Catalan y la expresión de la derecha tiende hacia 1 cuando n tiende a infinito.

Definir las funciones

   catalan :: [Integer]
   grafica :: Int -> Int -> IO ()

1 2	catalan :: [Integer] grafica :: Int -> Int -> IO ()

tales que

catalan es la lista de términos de la sucesión de Catalan. Por ejemplo,

     λ> take 12 catalan
     [1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786]
     λ> length (show (catalan !! 50000))
     30096

λ> take 12 catalan

[1,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,16796,58786]

λ> length (show (catalan !! 50000))

30096

(grafica a b) dibuja los n-ésimos términos de la sucesión de Catalan, para n entre a y b, junto con los de la expresión de la derecha de

Por ejemplo, (grafica 5 10) dibuja

y (grafica 55 60) dibuja

Soluciones

import Graphics.Gnuplot.Simple

catalan :: [Integer]
catalan = scanl (\c n -> c*2*(2*n-1) `div` (n+1)) 1 [1..]

grafica :: Int -> Int -> IO ()
grafica a b = 
  plotLists [Key Nothing]
            [[(fromIntegral n, fromIntegral (catalan !! n)) | n <- [a..b]]
            ,[(n,4**n/(n**(3/2)*(sqrt pi))) | n <- [c..d]]]
  where c, d :: Double
        c = fromIntegral a
        d = fromIntegral b

import Graphics.Gnuplot.Simple

catalan :: [Integer]

catalan = scanl (\c n -> c*2*(2*n-1) `div` (n+1)) 1 [1..]

grafica :: Int -> Int -> IO ()

grafica a b =

plotLists [Key Nothing]

[[(fromIntegral n, fromIntegral (catalan !! n)) | n <- [a..b]]

,[(n,4**n/(n**(3/2)*(sqrt pi))) | n <- [c..d]]]

where c, d :: Double

c = fromIntegral a

d = fromIntegral b

Caminos minimales en un arbol numérico

PorJosé A. Alonso 10-marzo-201725-abril-2021

En la librería Data.Tree se definen los árboles y los bosques como sigue

   data Tree a   = Node a (Forest a)
   type Forest a = [Tree a]

1 2	data Tree a = Node a (Forest a) type Forest a = [Tree a]

Se pueden definir árboles. Por ejemplo,

   ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

1	ej = Node 3 [Node 5 [Node 9 []], Node 7 []]

Y se pueden dibujar con la función drawTree. Por ejemplo,

   λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))
   3
   |
   +- 5
   |  |
   |  `- 9
   |
   `- 7

λ> putStrLn (drawTree (fmap show ej))

+- 5

| |

| `- 9

`- 7

Los mayores divisores de un número x son los divisores u tales que u > 1 y existe un v tal que 1 < v < u y u*v = x. Por ejemplo, los mayores divisores de 24 son 12, 8 y 6.

/ \

5 3

| |

4 2

/ \ |

3 2 1

| |

2 1

Definir las siguientes funciones

   mayoresDivisores :: Int -> [Int]
   arbol            :: Int -> Tree Int
   caminos          :: Int -> [[Int]]
   caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

arbol :: Int -> Tree Int

caminos :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

tales que

(mayoresDivisores x) es la lista de los mayores divisores de x. Por ejemplo,

     mayoresDivisores 24  ==  [12,8,6]
     mayoresDivisores 16  ==  [8,4]
     mayoresDivisores 10  ==  [5]
     mayoresDivisores 17  ==  []

mayoresDivisores 24 == [12,8,6]

mayoresDivisores 16 == [8,4]

mayoresDivisores 10 == [5]

mayoresDivisores 17 == []

(arbol x) es el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))
     6
     |
     +- 5
     |  |
     |  `- 4
     |     |
     |     +- 3
     |     |  |
     |     |  `- 2
     |     |     |
     |     |     `- 1
     |     |
     |     `- 2
     |        |
     |        `- 1
     |
     `- 3
        |
        `- 2
           |
           `- 1

λ> putStrLn (drawTree (fmap show (arbol 6)))

+- 5

| |

| `- 4

| |

| +- 3

| | |

| | `- 2

| | |

| | `- 1

| |

| `- 2

| |

| `- 1

`- 3

`- 2

`- 1

(caminos x) es la lista de los caminos en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminos 6
     [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

1 2	λ> caminos 6 [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

(caminosMinimales x) es la lista de los caminos en de menor longitud en el árbol de los predecesores y mayores divisores del número x. Por ejemplo,

     λ> caminosMinimales 6
     [[6,3,2,1]]
     λ> caminosMinimales 17
     [[17,16,4,2,1]]
     λ> caminosMinimales 50
     [[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 6

[[6,3,2,1]]

λ> caminosMinimales 17

[[17,16,4,2,1]]

λ> caminosMinimales 50

[[50,25,5,4,2,1],[50,10,9,3,2,1],[50,10,5,4,2,1]]

Soluciones

import Data.Tree

mayoresDivisores :: Int -> [Int]
mayoresDivisores x =
  [max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]
           , x `mod` u == 0
           , let v = x `div` u]  

arbol :: Int -> Tree Int
arbol 1 = Node 1 []
arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]
caminos = caminosArbol . arbol

--    λ> caminosArbol (arbol 6)
--    [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]
caminosArbol :: Tree a -> [[a]]
caminosArbol (Node x []) = [[x]]
caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]
caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]
caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]
  where yss = caminos x
        m   = minimum (map length yss)

import Data.Tree

mayoresDivisores :: Int -> [Int]

mayoresDivisores x =

[max u v | u <- [2..floor (sqrt (fromIntegral x))]

, x `mod` u == 0

, let v = x `div` u]

arbol :: Int -> Tree Int

arbol 1 = Node 1 []

arbol x = Node x (arbol (x-1) : [arbol y | y <- mayoresDivisores x])

caminos :: Int -> [[Int]]

caminos = caminosArbol . arbol

-- λ> caminosArbol (arbol 6)

-- [[6,5,4,3,2,1],[6,5,4,2,1],[6,3,2,1]]

caminosArbol :: Tree a -> [[a]]

caminosArbol (Node x []) = [[x]]

caminosArbol (Node x as) = [x:ys | ys <- caminosBosque as]

caminosBosque :: Forest a -> [[a]]

caminosBosque = concatMap caminosArbol

caminosMinimales :: Int -> [[Int]]

caminosMinimales x = [ys | ys <- yss, length ys == m]

where yss = caminos x

m = minimum (map length yss)

Cálculo de pi usando la fórmula de Vieta

PorJosé A. Alonso 14-febrero-201725-abril-2021

La fórmula de Vieta para el cálculo de pi es la siguiente

Definir las funciones

   aproximacionPi :: Int -> Double
   errorPi :: Double -> Int

1 2	aproximacionPi :: Int -> Double errorPi :: Double -> Int

tales que

(aproximacionPi n) es la aproximación de pi usando n factores de la fórmula de Vieta. Por ejemplo,

     aproximacionPi  5  ==  3.140331156954753
     aproximacionPi 10  ==  3.1415914215112
     aproximacionPi 15  ==  3.141592652386592
     aproximacionPi 20  ==  3.1415926535886207
     aproximacionPi 25  ==  3.141592653589795

aproximacionPi 5 == 3.140331156954753

aproximacionPi 10 == 3.1415914215112

aproximacionPi 15 == 3.141592652386592

aproximacionPi 20 == 3.1415926535886207

aproximacionPi 25 == 3.141592653589795

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

     errorPi 0.1        ==  2
     errorPi 0.01       ==  4
     errorPi 0.001      ==  6
     errorPi 0.0001     ==  7
     errorPi 1e-4       ==  7
     errorPi 1e-14      ==  24
     pi                 ==  3.141592653589793
     aproximacionPi 24  ==  3.1415926535897913

errorPi 0.1 == 2

errorPi 0.01 == 4

errorPi 0.001 == 6

errorPi 0.0001 == 7

errorPi 1e-4 == 7

errorPi 1e-14 == 24

pi == 3.141592653589793

aproximacionPi 24 == 3.1415926535897913

Soluciones

-- 1ª definición de aproximacionPi
aproximacionPi :: Int -> Double
aproximacionPi n = product [2 / aux x | x <- [0..n]]
  where
    aux 0 = 1
    aux 1 = sqrt 2
    aux n = sqrt (2 + aux (n-1))

-- 2ª definición de aproximacionPi
aproximacionPi2 :: Int -> Double
aproximacionPi2 n = product [2/x | x <- 1 : xs] 
  where xs = take n $ iterate (\x -> sqrt (2+x)) (sqrt 2)

-- 3ª definición de aproximaxionPi
aproximacionPi3 :: Int -> Double
aproximacionPi3 n =  product (2 : take n (map (2/) xs))
  where xs = sqrt 2 : [sqrt (2 + x) | x <- xs]

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

-- 2ª definición de errorPi
errorPi2 :: Double -> Int
errorPi2 x = until aceptable (+1) 1
  where aceptable n = abs (pi - aproximacionPi n) < x

-- 1ª definición de aproximacionPi

aproximacionPi :: Int -> Double

aproximacionPi n = product [2 / aux x | x <- [0..n]]

where

aux 0 = 1

aux 1 = sqrt 2

aux n = sqrt (2 + aux (n-1))

-- 2ª definición de aproximacionPi

aproximacionPi2 :: Int -> Double

aproximacionPi2 n = product [2/x | x <- 1 : xs]

where xs = take n $ iterate (\x -> sqrt (2+x)) (sqrt 2)

-- 3ª definición de aproximaxionPi

aproximacionPi3 :: Int -> Double

aproximacionPi3 n = product (2 : take n (map (2/) xs))

where xs = sqrt 2 : [sqrt (2 + x) | x <- xs]

-- 1ª definición de errorPi

errorPi :: Double -> Int

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

, abs (pi - aproximacionPi n) < x]

-- 2ª definición de errorPi

errorPi2 :: Double -> Int

errorPi2 x = until aceptable (+1) 1

where aceptable n = abs (pi - aproximacionPi n) < x

Primo suma de dos cuadrados

PorJosé A. Alonso 14-marzo-20161-abril-2016

Definir la sucesión

   primosSumaDe2Cuadrados :: [Integer]

1	primosSumaDe2Cuadrados :: [Integer]

cuyos elementos son los números primos que se pueden escribir como sumas de dos cuadrados. Por ejemplo,

   λ> take 20 primosSumaDe2Cuadrados
   [2,5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181]
   λ> primosSumaDe2Cuadrados !! (2*10^5)
   5803241

λ> take 20 primosSumaDe2Cuadrados

[2,5,13,17,29,37,41,53,61,73,89,97,101,109,113,137,149,157,173,181]

λ> primosSumaDe2Cuadrados !! (2*10^5)

5803241

En el ejemplo anterior,

13 está en la sucesión porque es primo y 13 = 2²+3².
11 no está en la sucesión porque no se puede escribir como suma de dos cuadrados (en efecto, 11-1=10, 11-2²=7 y 11-3²=2 no son cuadrados).
20 no está en la sucesión porque, aunque es suma de dos cuadrados (20=4²+2²), no es primo.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución
-- ===========

primosSumaDe2Cuadrados1 :: [Integer]
primosSumaDe2Cuadrados1 =
    [n | n <- primes,
         esSumaDe2Cuadrados n]

esSumaDe2Cuadrados :: Integer -> Bool
esSumaDe2Cuadrados n = not (null (sumas2cuadrados n))

sumas2cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer)]
sumas2cuadrados n = 
    [(x,y) | x <- [1..ceiling (sqrt (fromIntegral n))],
             let z = n - x^2,
             esCuadrado z, 
             let y = raiz z,
             x <= y]
             
-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por
-- ejemplo,
--    esCuadrado 25  ==  True
--    esCuadrado 26  ==  False
esCuadrado :: Integer -> Bool
esCuadrado x = x == y * y
    where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,
--    raiz 25  ==  5
--    raiz 24  ==  4
--    raiz 26  ==  5
raiz :: Integer -> Integer
raiz x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 2ª solución
-- ===========

primosSumaDe2Cuadrados2 :: [Integer]
primosSumaDe2Cuadrados2 =
    2 : [n | n <- primes,
             n `mod` 4 == 1]

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

--    λ> primosSumaDe2Cuadrados1 !! (2*10^3)
--    38153
--    (3.03 secs, 568,239,744 bytes)
--    λ> primosSumaDe2Cuadrados2 !! (2*10^3)
--    38153
--    (0.05 secs, 20,017,912 bytes)

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución

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

primosSumaDe2Cuadrados1 :: [Integer]

primosSumaDe2Cuadrados1 =

[n | n <- primes,

esSumaDe2Cuadrados n]

esSumaDe2Cuadrados :: Integer -> Bool

esSumaDe2Cuadrados n = not (null (sumas2cuadrados n))

sumas2cuadrados :: Integer -> [(Integer,Integer)]

sumas2cuadrados n =

[(x,y) | x <- [1..ceiling (sqrt (fromIntegral n))],

let z = n - x^2,

esCuadrado z,

let y = raiz z,

x <= y]

-- (esCuadrado x) se verifica si x es un número al cuadrado. Por

-- ejemplo,

-- esCuadrado 25 == True

-- esCuadrado 26 == False

esCuadrado :: Integer -> Bool

esCuadrado x = x == y * y

where y = raiz x

-- (raiz x) es la raíz cuadrada entera de x. Por ejemplo,

-- raiz 25 == 5

-- raiz 24 == 4

-- raiz 26 == 5

raiz :: Integer -> Integer

raiz x = floor (sqrt (fromIntegral x))

-- 2ª solución

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

primosSumaDe2Cuadrados2 :: [Integer]

primosSumaDe2Cuadrados2 =

2 : [n | n <- primes,

n `mod` 4 == 1]

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> primosSumaDe2Cuadrados1 !! (2*10^3)

-- 38153

-- (3.03 secs, 568,239,744 bytes)

-- λ> primosSumaDe2Cuadrados2 !! (2*10^3)

-- 38153

-- (0.05 secs, 20,017,912 bytes)

Referencias

N.J.A. Sloane, Sucesión A002313 de la OEIS.
M. Bates, Primes of the form x² + ny²–
G. Xiao, Two squares.

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