takeWhile

Conjetura de Rassias

PorJosé A. Alonso 8-noviembre-201615-noviembre-2016

El artículo de esta semana del blog Números y hoja de cálculo está dedicado a la Conjetura de Rassias. Dicha conjetura afirma que

Para cada número primo p > 2 existen dos primos a y b, con a < b, tales que
(p-1)a = b+1

Dado un primo p > 2, los pares de Rassia de p son los pares de primos (a,b), con a < b, tales que (p-1)a = b+1. Por ejemplo, (2,7) y (3,11) son pares de Rassia de 5 ya que

2 y 7 son primos, 2 < 7 y (5-1)·2 = 7+1
3 y 11 son primos, 3 < 11 y (5-1)·3 = 11+1

Definir las siguientes funciones

   paresRassias     :: Integer -> [(Integer,Integer)]
   conjeturaRassias :: Integer -> Bool

1 2	paresRassias :: Integer -> [(Integer,Integer)] conjeturaRassias :: Integer -> Bool

tales que

(paresRassias p) es la lista de los pares de Rassias del primo p (que se supone que es mayor que 2). Por ejemplo,

     take 3 (paresRassias 5)    == [(2,7),(3,11),(5,19)]
     take 3 (paresRassias 1229) == [(71,87187),(113,138763),(191,234547)]

1 2	take 3 (paresRassias 5) == [(2,7),(3,11),(5,19)] take 3 (paresRassias 1229) == [(71,87187),(113,138763),(191,234547)]

(conjeturaRassia x) se verifica si para todos los primos menores que x (y mayores que 2) se cumple la conjetura de Rassia. Por ejemplo,

     conjeturaRassias (10^5)  ==  True

1	conjeturaRassias (10^5) == True

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)

paresRassias :: Integer -> [(Integer,Integer)]
paresRassias p =
  [(a,b) | a <- primes
         , let b = (p - 1) * a - 1
         , isPrime b]

conjeturaRassias :: Integer -> Bool
conjeturaRassias x =
  and [(not . null . paresRassias) p | p <- tail (takeWhile (<x) primes)]

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)

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

paresRassias p =

[(a,b) | a <- primes

, let b = (p - 1) * a - 1

, isPrime b]

conjeturaRassias :: Integer -> Bool

conjeturaRassias x =

and [(not . null . paresRassias) p | p <- tail (takeWhile (<x) primes)]

Referencias

Conjetura de Rassias por Antonio Roldán en el blog «Números y hoja de cálculo»
Rassias’ conjecture en Wikipedia

Primo anterior

PorJosé A. Alonso 7-noviembre-201614-noviembre-2016

Definir la función

   primoAnterior :: Integer -> Integer

1	primoAnterior :: Integer -> Integer

tal que (primoAnterior n) es el mayor primo menor que n (donde n > 2). Por ejemplo,

   primoAnterior 10     ==  7
   primoAnterior 17     ==  13
   primoAnterior 30     ==  29
   primoAnterior 2016   ==  2011
   primoAnterior 15726  ==  15683

primoAnterior 10 == 7

primoAnterior 17 == 13

primoAnterior 30 == 29

primoAnterior 2016 == 2011

primoAnterior 15726 == 15683

Calcular el menor número cuya distancia a su primo anterior es mayor que 40.

Soluciones

import Data.Numbers.Primes ( isPrime
                           , primes
                           )

-- 1ª definición
primoAnterior1 :: Integer -> Integer
primoAnterior1 n =
  last (takeWhile (<n) primes)

-- 2ª definición
primoAnterior2 :: Integer -> Integer
primoAnterior2 3 = 2
primoAnterior2 n =
  head [x | x <- [a,a-2..]
          , isPrime x]
  where a | even n    = n-1
          | otherwise = n-2

-- Comparación de eficiencia  
--    λ> primoAnterior1 3000000
--    2999999
--    (1.80 secs, 1,148,572,848 bytes)
--    λ> primoAnterior2 3000000
--    2999999
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> head [n | n <- [3..], n - primoAnterior1 n > 34]
--    9586
--    (28.08 secs, 14,396,008,560 bytes)
--    λ> head [n | n <- [3..], n - primoAnterior2 n > 34]
--    9586
--    (1.10 secs, 625,247,632 bytes)

-- El cálculo es
--    λ> head [n | n <- [3..], n - primoAnterior2 n > 40]
--    15724

import Data.Numbers.Primes ( isPrime

, primes

)

-- 1ª definición

primoAnterior1 :: Integer -> Integer

primoAnterior1 n =

last (takeWhile (<n) primes)

-- 2ª definición

primoAnterior2 :: Integer -> Integer

primoAnterior2 3 = 2

primoAnterior2 n =

head [x | x <- [a,a-2..]

, isPrime x]

where a | even n = n-1

| otherwise = n-2

-- Comparación de eficiencia

-- λ> primoAnterior1 3000000

-- 2999999

-- (1.80 secs, 1,148,572,848 bytes)

-- λ> primoAnterior2 3000000

-- 2999999

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> head [n | n <- [3..], n - primoAnterior1 n > 34]

-- 9586

-- (28.08 secs, 14,396,008,560 bytes)

-- λ> head [n | n <- [3..], n - primoAnterior2 n > 34]

-- 9586

-- (1.10 secs, 625,247,632 bytes)

-- El cálculo es

-- λ> head [n | n <- [3..], n - primoAnterior2 n > 40]

-- 15724

Sucesión duplicadora

PorJosé A. Alonso 16-mayo-201625-abril-2021

Para cada entero positivo n, existe una única sucesión que empieza en 1, termina en n y en la que cada uno de sus elementos es el doble de su anterior o el doble más uno. Dicha sucesión se llama la sucesión duplicadora de n. Por ejemplo, la sucesión duplicadora de 13 es [1, 3, 6, 13], ya que

    3 = 2*1 +1
    6 = 2*3
   13 = 2*6 +1

3 = 2*1 +1

6 = 2*3

13 = 2*6 +1

Definir la función

   duplicadora :: Integer -> [Integer]

1	duplicadora :: Integer -> [Integer]

tal que (duplicadora n) es la sucesión duplicadora de n. Por ejemplo,

   duplicadora 13                   ==  [1,3,6,13]
   duplicadora 17                   ==  [1,2,4,8,17]
   length (duplicadora (10^40000))  ==  132878

duplicadora 13 == [1,3,6,13]

duplicadora 17 == [1,2,4,8,17]

length (duplicadora (10^40000)) == 132878

Soluciones

-- 1ª solución
duplicadora :: Integer -> [Integer]
duplicadora x =
    reverse (takeWhile (>=1) (iterate (`div` 2) x))

-- 2ª definición
duplicadora2 :: Integer -> [Integer]
duplicadora2  =
    reverse . takeWhile (>=1) . iterate (`div` 2)

-- 1ª solución

duplicadora :: Integer -> [Integer]

duplicadora x =

reverse (takeWhile (>=1) (iterate (`div` 2) x))

-- 2ª definición

duplicadora2 :: Integer -> [Integer]

duplicadora2 =

reverse . takeWhile (>=1) . iterate (`div` 2)

Conjuntos de primos emparejables

PorJosé A. Alonso 9-mayo-201625-abril-2021

Un conjunto de primos emparejables es un conjunto S de números primos tales que al concatenar cualquier par de elementos de S se obtiene un número primo. Por ejemplo, {3, 7, 109, 673} es un conjunto de primos emparejables ya que sus elementos son primos y las concatenaciones de sus parejas son 37, 3109, 3673, 73, 7109, 7673, 1093, 1097, 109673, 6733, 6737 y 673109 son primos.

Definir la función

   emparejables :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

1	emparejables :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

tal que (emparejables n m) es el conjunto de los conjuntos emparejables de n elementos menores que n. Por ejemplo,

   take 5 (emparejables 2   10)  ==  [[3,7]]
   take 5 (emparejables 3   10)  ==  []
   take 5 (emparejables 2  100)  ==  [[3,7],[3,11],[3,17],[3,31],[3,37]]
   take 5 (emparejables 3  100)  ==  [[3,37,67],[7,19,97]]
   take 5 (emparejables 4  100)  ==  []
   take 5 (emparejables 4 1000)  ==  [[3,7,109,673],[23,311,677,827]]

take 5 (emparejables 2 10) == [[3,7]]

take 5 (emparejables 3 10) == []

take 5 (emparejables 2 100) == [[3,7],[3,11],[3,17],[3,31],[3,37]]

take 5 (emparejables 3 100) == [[3,37,67],[7,19,97]]

take 5 (emparejables 4 100) == []

take 5 (emparejables 4 1000) == [[3,7,109,673],[23,311,677,827]]

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)
import Data.List (nub, sort)
import qualified Data.Set as S

-- 1ª definición
-- =============

emparejables :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
emparejables 0 _ = [[]]
emparejables n m = 
    nub [sort (x:xs) | x <- takeWhile (<=m) primes,
                       xs <- xss,
                       all (x `emparejable`) xs]
    where xss = emparejables (n-1) m

emparejable :: Integer -> Integer -> Bool
emparejable x y =
    isPrime (concatenacion x y) &&
    isPrime (concatenacion y x)

concatenacion :: Integer -> Integer -> Integer
concatenacion x y =
    read (show x ++ show y)

-- 2ª definición
-- =============

emparejables2 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
emparejables2 n m = map reverse (aux n m)
    where aux 1 m = [[x] | x <- takeWhile (<=m) primes]
          aux n m = 
              [p:ys | ys@(x:xs) <- xss,
                      p <- dropWhile (<x) ps,
                      all (p `emparejable`) ys]
              where ps  = takeWhile (<=m) primes
                    xss = aux (n-1) m

-- 3ª definición
-- =============

emparejables3 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
emparejables3 n m = map S.toList (aux n m)
    where aux 1 m = [S.singleton x | x <- takeWhile (<=m) primes]
          aux n m = [S.insert x xs | x <- takeWhile (<=m) primes,
                                     xs <- xss,
                                     all (x `emparejable`) xs]
              where xss = aux (n-1) m

-- 2ª definición
-- =============

emparejables4 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]
emparejables4 n m = map S.toList (aux n m)
    where aux 1 m = [S.singleton x | x <- takeWhile (<=m) primes]
          aux n m = 
              [S.insert p ys | ys <- xss,
                               let (x,xs) = S.deleteFindMax ys,
                               p <- dropWhile (<x) ps,
                               all (p `emparejable`) ys]
              where ps  = takeWhile (<=m) primes
                    xss = aux (n-1) m

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

--    λ> head (emparejables 4 1000)
--    [3,7,109,673]
--    (20.36 secs, 11,781,891,120 bytes)
--    
--    λ> head (emparejables2 4 1000)
--    [3,7,109,673]
--    (0.02 secs, 0 bytes)
--    
--    λ> head (emparejables3 4 1000)
--    [3,7,109,673]
--    (38.04 secs, 21,542,334,024 bytes)
--    
--    λ> head (emparejables4 4 1000)
--    [3,7,109,673]
--    (0.03 secs, 0 bytes)

import Data.Numbers.Primes (primes, isPrime)

import Data.List (nub, sort)

import qualified Data.Set as S

-- 1ª definición

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

emparejables :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

emparejables 0 _ = [[]]

emparejables n m =

nub [sort (x:xs) | x <- takeWhile (<=m) primes,

xs <- xss,

all (x `emparejable`) xs]

where xss = emparejables (n-1) m

emparejable :: Integer -> Integer -> Bool

emparejable x y =

isPrime (concatenacion x y) &&

isPrime (concatenacion y x)

concatenacion :: Integer -> Integer -> Integer

concatenacion x y =

read (show x ++ show y)

-- 2ª definición

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

emparejables2 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

emparejables2 n m = map reverse (aux n m)

where aux 1 m = [[x] | x <- takeWhile (<=m) primes]

aux n m =

[p:ys | ys@(x:xs) <- xss,

p <- dropWhile (<x) ps,

all (p `emparejable`) ys]

where ps = takeWhile (<=m) primes

xss = aux (n-1) m

-- 3ª definición

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

emparejables3 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

emparejables3 n m = map S.toList (aux n m)

where aux 1 m = [S.singleton x | x <- takeWhile (<=m) primes]

aux n m = [S.insert x xs | x <- takeWhile (<=m) primes,

xs <- xss,

all (x `emparejable`) xs]

where xss = aux (n-1) m

-- 2ª definición

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

emparejables4 :: Integer -> Integer -> [[Integer]]

emparejables4 n m = map S.toList (aux n m)

where aux 1 m = [S.singleton x | x <- takeWhile (<=m) primes]

aux n m =

[S.insert p ys | ys <- xss,

let (x,xs) = S.deleteFindMax ys,

p <- dropWhile (<x) ps,

all (p `emparejable`) ys]

where ps = takeWhile (<=m) primes

xss = aux (n-1) m

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> head (emparejables 4 1000)

-- [3,7,109,673]

-- (20.36 secs, 11,781,891,120 bytes)

-- λ> head (emparejables2 4 1000)

-- [3,7,109,673]

-- (0.02 secs, 0 bytes)

-- λ> head (emparejables3 4 1000)

-- [3,7,109,673]

-- (38.04 secs, 21,542,334,024 bytes)

-- λ> head (emparejables4 4 1000)

-- [3,7,109,673]

-- (0.03 secs, 0 bytes)

Números como sumas de primos consecutivos

PorJosé A. Alonso 15-abril-201625-abril-2021

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

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

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

el 240 se puede escribir de tres formas

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

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

240 = 53 + 59 + 61 + 67

240 = 113 + 127

y el 311 se puede escribir de 4 formas

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

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

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

311 = 53 + 59 + 61 + 67 + 71

311 = 101 + 103 + 107

Definir la función

   sumas :: Integer -> [[Integer]]

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

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

   ghci> sumas 41
   [[2,3,5,7,11,13],[11,13,17]]
   ghci> sumas 240
   [[17,19,23,29,31,37,41,43],[53,59,61,67],[113,127]]
   ghci> sumas 311
   [[11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47],[31,37,41,43,47,53,59],[53,59,61,67,71],[101,103,107]]
   ghci> maximum [length (sumas n) | n <- [1..600]]
   4

ghci> sumas 41

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

ghci> sumas 240

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

ghci> sumas 311

[[11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47],[31,37,41,43,47,53,59],[53,59,61,67,71],[101,103,107]]

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

Soluciones

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

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

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

import Data.Numbers.Primes (primes)

import Data.List (span)

sumas :: Integer -> [[Integer]]

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

let ys = sumaDesde x n,

not (null ys)]

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

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

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

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

-- sumaDesde 7 3 == []

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

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

| otherwise = []

where ys = dropWhile (<n) primes

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

Raíz entera

PorJosé A. Alonso 8-abril-20161-mayo-2016

Definir la función

   raizEnt :: Integer -> Integer -> Integer

1	raizEnt :: Integer -> Integer -> Integer

tal que (raizEnt x n) es la raíz entera n-ésima de x; es decir, el mayor número entero y tal que y^n <= x. Por ejemplo,

   raizEnt  8 3      ==  2
   raizEnt  9 3      ==  2
   raizEnt 26 3      ==  2
   raizEnt 27 3      ==  3
   raizEnt (10^50) 2 ==  10000000000000000000000000

raizEnt 8 3 == 2

raizEnt 9 3 == 2

raizEnt 26 3 == 2

raizEnt 27 3 == 3

raizEnt (10^50) 2 == 10000000000000000000000000

Comprobar con QuickCheck que para todo número natural n,

    raizEnt (10^(2*n)) 2 == 10^n

1	raizEnt (10^(2*n)) 2 == 10^n

Soluciones

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición
raizEnt1 :: Integer -> Integer -> Integer
raizEnt1 x n =
    last (takeWhile (\y -> y^n <= x) [0..])

-- 2ª definición         
raizEnt2 :: Integer -> Integer -> Integer
raizEnt2 x n =
    floor ((fromIntegral x)**(1 / fromIntegral n))

-- Nota. La definición anterior falla para números grandes. Por ejemplo,
--    λ> raizEnt2 (10^50) 2 == 10^25
--    False
          
-- 3ª definición          
raizEnt3 :: Integer -> Integer -> Integer
raizEnt3 x n = aux (1,x)
    where aux (a,b) | d == x    = c
                    | c == a    = c
                    | d < x     = aux (c,b)
                    | otherwise = aux (a,c) 
              where c = (a+b) `div` 2
                    d = c^n

-- Comparación de eficiencia
--    λ> raizEnt1 (10^14) 2
--    10000000
--    (6.15 secs, 6,539,367,976 bytes)
--    λ> raizEnt2 (10^14) 2
--    10000000
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> raizEnt3 (10^14) 2
--    10000000
--    (0.00 secs, 25,871,944 bytes)
--    
--    λ> raizEnt2 (10^50) 2
--    9999999999999998758486016
--    (0.00 secs, 0 bytes)
--    λ> raizEnt3 (10^50) 2
--    10000000000000000000000000
--    (0.00 secs, 0 bytes)
                        
-- La propiedad es                        
prop_raizEnt :: Integer -> Bool
prop_raizEnt n =
    raizEnt3 (10^(2*m)) 2 == 10^m
    where m = abs n

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

import Test.QuickCheck

-- 1ª definición

raizEnt1 :: Integer -> Integer -> Integer

raizEnt1 x n =

last (takeWhile (\y -> y^n <= x) [0..])

-- 2ª definición

raizEnt2 :: Integer -> Integer -> Integer

raizEnt2 x n =

floor ((fromIntegral x)**(1 / fromIntegral n))

-- Nota. La definición anterior falla para números grandes. Por ejemplo,

-- λ> raizEnt2 (10^50) 2 == 10^25

-- False

-- 3ª definición

raizEnt3 :: Integer -> Integer -> Integer

raizEnt3 x n = aux (1,x)

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

| c == a = c

| d < x = aux (c,b)

| otherwise = aux (a,c)

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

d = c^n

-- Comparación de eficiencia

-- λ> raizEnt1 (10^14) 2

-- 10000000

-- (6.15 secs, 6,539,367,976 bytes)

-- λ> raizEnt2 (10^14) 2

-- 10000000

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> raizEnt3 (10^14) 2

-- 10000000

-- (0.00 secs, 25,871,944 bytes)

-- λ> raizEnt2 (10^50) 2

-- 9999999999999998758486016

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- λ> raizEnt3 (10^50) 2

-- 10000000000000000000000000

-- (0.00 secs, 0 bytes)

-- La propiedad es

prop_raizEnt :: Integer -> Bool

prop_raizEnt n =

raizEnt3 (10^(2*m)) 2 == 10^m

where m = abs n

-- La comprobación es

-- λ> quickCheck prop_raizEnt

-- +++ OK, passed 100 tests.

Soluciones en Maxima

raizEnt (x,n) := inrt (x,n)$

1	raizEnt (x,n) := inrt (x,n)$

Integración por el método de los rectángulos

PorJosé A. Alonso 1-marzo-20161-mayo-2016

La integral definida de una función f entre los límites a y b puede calcularse mediante la regla del rectángulo usando la fórmula

   h * (f(a+h/2) + f(a+h+h/2) + f(a+2h+h/2) + ... + f(a+nh+h/2))

1	h * (f(a+h/2) + f(a+h+h/2) + f(a+2h+h/2) + ... + f(a+nh+h/2))

con a+nh+h/2 ≤ b < a+(n+1)h+h/2 y usando valores pequeños para h.

Definir la función

   integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

1	integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

tal que (integral a b f h) es el valor de dicha expresión. Por ejemplo, el cálculo de la integral de f(x) = x^3 entre 0 y 1, con paso 0.01, es

   integral 0 1 (^3) 0.01  ==  0.24998750000000042

1	integral 0 1 (^3) 0.01 == 0.24998750000000042

Otros ejemplos son

   integral 0 1 (^4) 0.01                        ==  0.19998333362500048
   integral 0 1 (\x -> 3*x^2 + 4*x^3) 0.01       ==  1.9999250000000026
   log 2 - integral 1 2 (\x -> 1/x) 0.01         ==  3.124931644782336e-6
   pi - 4 * integral 0 1 (\x -> 1/(x^2+1)) 0.01  ==  -8.333333331389525e-6

integral 0 1 (^4) 0.01 == 0.19998333362500048

integral 0 1 (\x -> 3*x^2 + 4*x^3) 0.01 == 1.9999250000000026

log 2 - integral 1 2 (\x -> 1/x) 0.01 == 3.124931644782336e-6

pi - 4 * integral 0 1 (\x -> 1/(x^2+1)) 0.01 == -8.333333331389525e-6

Nota: Definir la función también en Maxima. Por ejemplo,

   (%i3) integral (0,1,lambda ([x],x^3),0.01);
   (%o3) 0.2499875

1 2	(%i3) integral (0,1,lambda ([x],x^3),0.01); (%o3) 0.2499875

Soluciones

-- 1ª solución
-- ===========

integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a
integral a b f h = h * suma (a+h/2) b (+h) f

-- (suma a b s f) es l valor de
--    f(a) + f(s(a)) + f(s(s(a)) + ... + f(s(...(s(a))...))
-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,
--    suma 2 5 (1+) (^3)  ==  224
suma :: (Ord t, Num a) => t -> t -> (t -> t) -> (t -> a) -> a
suma a b s f = sum [f x | x <- sucesion a b s]

-- (sucesion x y s) es la lista
--    [a, s(a), s(s(a), ..., s(...(s(a))...)]
-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,
--    sucesion 3 20 (+2)  ==  [3,5,7,9,11,13,15,17,19]
sucesion :: Ord a => a -> a -> (a -> a) -> [a]
sucesion a b s = takeWhile (<=b) (iterate s a)

-- 2ª solución
-- ===========

integral2 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a
integral2 a b f h
    | a+h/2 > b = 0
    | otherwise = h * f (a+h/2) + integral2 (a+h) b f h

-- 3ª solución
-- ===========

integral3 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a
integral3 a b f h = aux a where
    aux x | x+h/2 > b = 0
          | otherwise = h * f (x+h/2) + aux (x+h)

-- 1ª solución

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

integral :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

integral a b f h = h * suma (a+h/2) b (+h) f

-- (suma a b s f) es l valor de

-- f(a) + f(s(a)) + f(s(s(a)) + ... + f(s(...(s(a))...))

-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,

-- suma 2 5 (1+) (^3) == 224

suma :: (Ord t, Num a) => t -> t -> (t -> t) -> (t -> a) -> a

suma a b s f = sum [f x | x <- sucesion a b s]

-- (sucesion x y s) es la lista

-- [a, s(a), s(s(a), ..., s(...(s(a))...)]

-- hasta que s(s(...(s(a))...)) > b. Por ejemplo,

-- sucesion 3 20 (+2) == [3,5,7,9,11,13,15,17,19]

sucesion :: Ord a => a -> a -> (a -> a) -> [a]

sucesion a b s = takeWhile (<=b) (iterate s a)

-- 2ª solución

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

integral2 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

integral2 a b f h

| a+h/2 > b = 0

| otherwise = h * f (a+h/2) + integral2 (a+h) b f h

-- 3ª solución

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

integral3 :: (Fractional a, Ord a) => a -> a -> (a -> a) -> a -> a

integral3 a b f h = aux a where

aux x | x+h/2 > b = 0

| otherwise = h * f (x+h/2) + aux (x+h)

Solución en Maxima

integral (a,b,f,h) := block ([c:a+h/2, s:0],
  while c <= b do
    ( s : s + f(c),
      c : c+h),
  float(h*s))$

integral (a,b,f,h) := block ([c:a+h/2, s:0],

while c <= b do

( s : s + f(c),

c : c+h),

float(h*s))$

Nota: En Maxima esta definida la función integrate para calcular integrales definidas. Por ejemplo,

     (%i7) integrate (x^3,x,0,1);
           1
     (%o7) -
           4
     (%i8) %, numer;
     (%o8) 0.25

(%i7) integrate (x^3,x,0,1);

(%o7) -

(%i8) %, numer;

(%o8) 0.25

Particiones en sumas de cuadrados

PorJosé A. Alonso 26-febrero-20161-mayo-2016

Definir las funciones

   particionesCuadradas        :: Integer -> [[Integer]]
   nParticionesCuadradas       :: Integer -> Integer
   graficaParticionesCuadradas :: Integer -> IO ()

particionesCuadradas :: Integer -> [[Integer]]

nParticionesCuadradas :: Integer -> Integer

graficaParticionesCuadradas :: Integer -> IO ()

tales que

(particionesCuadradas n) es la listas de conjuntos de cuadrados cuya suma es n. Por ejemplo,

      particionesCuadradas 3  ==  [[1,1,1]]
      particionesCuadradas 4  ==  [[4],[1,1,1,1]]
      particionesCuadradas 9  ==  [[9],[4,4,1],[4,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,1,1,1,1,1]]

particionesCuadradas 3 == [[1,1,1]]

particionesCuadradas 4 == [[4],[1,1,1,1]]

particionesCuadradas 9 == [[9],[4,4,1],[4,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,1,1,1,1,1]]

(nParticionesCuadradas n) es el número de conjuntos de cuadrados cuya suma es n. Por ejemplo,

      nParticionesCuadradas 3    ==  1
      nParticionesCuadradas 4    ==  2
      nParticionesCuadradas 9    ==  4
      nParticionesCuadradas 50   ==  104
      nParticionesCuadradas 100  ==  1116
      nParticionesCuadradas 200  ==  27482

nParticionesCuadradas 3 == 1

nParticionesCuadradas 4 == 2

nParticionesCuadradas 9 == 4

nParticionesCuadradas 50 == 104

nParticionesCuadradas 100 == 1116

nParticionesCuadradas 200 == 27482

(graficaParticionesCuadradas n) dibuja la gráfica de la sucesión

      [nParticionesCuadradas k | k <- [0..n]]

1	[nParticionesCuadradas k \| k <- [0..n]]

Por ejemplo, con (graficaParticionesCuadradas 100) se obtiene

Soluciones

import Data.List (genericLength)
import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definición de particiones cuadradas
-- ===================================

particionesCuadradas :: Integer -> [[Integer]]
particionesCuadradas n = 
    particiones n (reverse $ takeWhile (<=n) cuadrados)

-- cuadrados es la lista de los cuadrados. Por ejemplo,
--    take 12 cuadrados  ==  [1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144]
cuadrados :: [Integer]
cuadrados = map (^2) [1..]

-- (particiones n xs) es la lista de las particiones de n como suma de
-- elementos de xs, donde xs es una lista no creciente. Por ejemplo,
--    particiones 10 [7,4,2]  ==  [[4,4,2],[4,2,2,2],[2,2,2,2,2]]
--    particiones 11 [7,4,2]  ==  [[7,4],[7,2,2]]
--    particiones  5 [7,4,2]  ==  []
particiones:: Integer -> [Integer] -> [[Integer]]
particiones _ [] = []
particiones n (x:xs)
    | x >  n    = particiones n xs
    | x == n    = [n] : particiones n xs
    | otherwise = map (x:) (particiones (n-x) (x:xs)) ++ particiones n xs

-- 1ª definición de nParticionesCuadradas       
nParticionesCuadradas1 :: Integer -> Integer
nParticionesCuadradas1 = genericLength . particionesCuadradas

-- 2ª definición nParticionesCuadradas   
nParticionesCuadradas2 :: Integer -> Integer
nParticionesCuadradas2 n = aux n (reverse $ takeWhile (<=n) cuadrados) where
    aux _ [] = 0
    aux n ys@(x:xs) | x >  n    = aux n xs
                    | x == n    = 1 + aux n xs
                    | otherwise = aux (n-x) ys + aux n xs

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

--    λ> nParticionesCuadradas1 250
--    94987
--    (4.21 secs, 3,256,031,528 bytes)
--    λ> nParticionesCuadradas2 250
--    94987
--    (2.93 secs, 1,714,701,504 bytes)

-- Definición de graficaParticionesCuadradas
-- =========================================
                                  
graficaParticionesCuadradas :: Integer  -> IO ()
graficaParticionesCuadradas n = 
    plotList [Key Nothing] [nParticionesCuadradas2 k | k <- [0..n]]

import Data.List (genericLength)

import Graphics.Gnuplot.Simple

-- Definición de particiones cuadradas

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

particionesCuadradas :: Integer -> [[Integer]]

particionesCuadradas n =

particiones n (reverse $ takeWhile (<=n) cuadrados)

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

-- take 12 cuadrados == [1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144]

cuadrados :: [Integer]

cuadrados = map (^2) [1..]

-- (particiones n xs) es la lista de las particiones de n como suma de

-- elementos de xs, donde xs es una lista no creciente. Por ejemplo,

-- particiones 10 [7,4,2] == [[4,4,2],[4,2,2,2],[2,2,2,2,2]]

-- particiones 11 [7,4,2] == [[7,4],[7,2,2]]

-- particiones 5 [7,4,2] == []

particiones:: Integer -> [Integer] -> [[Integer]]

particiones _ [] = []

particiones n (x:xs)

| x > n = particiones n xs

| x == n = [n] : particiones n xs

| otherwise = map (x:) (particiones (n-x) (x:xs)) ++ particiones n xs

-- 1ª definición de nParticionesCuadradas

nParticionesCuadradas1 :: Integer -> Integer

nParticionesCuadradas1 = genericLength . particionesCuadradas

-- 2ª definición nParticionesCuadradas

nParticionesCuadradas2 :: Integer -> Integer

nParticionesCuadradas2 n = aux n (reverse $ takeWhile (<=n) cuadrados) where

aux _ [] = 0

aux n ys@(x:xs) | x > n = aux n xs

| x == n = 1 + aux n xs

| otherwise = aux (n-x) ys + aux n xs

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> nParticionesCuadradas1 250

-- 94987

-- (4.21 secs, 3,256,031,528 bytes)

-- λ> nParticionesCuadradas2 250

-- 94987

-- (2.93 secs, 1,714,701,504 bytes)

-- Definición de graficaParticionesCuadradas

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

graficaParticionesCuadradas :: Integer -> IO ()

graficaParticionesCuadradas n =

plotList [Key Nothing] [nParticionesCuadradas2 k | k <- [0..n]]

Referencias

Sucesión A001156 de OEIS.

Sumas de potencias de 3 primos

PorJosé A. Alonso 24-febrero-201625-marzo-2022

Los primeros números de la forma p²+q³+r⁴, con p, q y r primos son

   28 = 2² + 2³ + 2⁴
   33 = 3² + 2³ + 2⁴
   47 = 2² + 3³ + 2⁴
   49 = 5² + 2³ + 2⁴

28 = 2² + 2³ + 2⁴

33 = 3² + 2³ + 2⁴

47 = 2² + 3³ + 2⁴

49 = 5² + 2³ + 2⁴

Definir la sucesión

   sumas3potencias :: [Integer]

1	sumas3potencias :: [Integer]

cuyos elementos son los números que se pueden escribir de la forma p²+q³+r⁴, con p, q y r primos. Por ejemplo,

   λ> take 15 sumas3potencias
   [28,33,47,49,52,68,73,92,93,98,112,114,117,133,138]
   λ> sumas3potencias !! 234567
   8953761

λ> take 15 sumas3potencias

[28,33,47,49,52,68,73,92,93,98,112,114,117,133,138]

λ> sumas3potencias !! 234567

8953761

Soluciones

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución
-- ===========

sumas3potencias1 :: [Integer]
sumas3potencias1 = filter esTripleSuma [1..]
 
-- (esTripleSuma n) se verifica si n se puede escribir de la forma
-- p²+q³+r⁴, con p, q y r primos. Por ejemplo, 
--    esTripleSuma 33  ==  True
--    esTripleSuma 45  ==  False
esTripleSuma :: Integer -> Bool
esTripleSuma = not . null . triplesSumas  

-- (triplesSumas n) es la lista de las ternas de primos (p,q,r) tales
-- que p²+q³+r⁴ = n. Por ejemplo,
--    triplesSumas 33   ==  [(3,2,2)]
--    triplesSumas 145  ==  [(11,2,2),(2,5,2)]
--    triplesSumas 45   ==  []
triplesSumas :: Integer -> [(Integer,Integer,Integer)]
triplesSumas n =  
    [(p,q,r) 
    | r <- xs, 
      q <- xs, 
      let p2 = n - q^3 - r^4,
      let p = (floor . sqrt . fromIntegral) p2,
      p*p == p2,
      isPrime p]
    where xs = takeWhile (< (ceiling $ sqrt $ fromIntegral n)) primes

-- 2ª solución
-- ===========

sumas3potencias2 :: [Integer]
sumas3potencias2 = sumaOrdenadaInf as (sumaOrdenadaInf bs cs)

sumaOrdenadaInf:: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]
sumaOrdenadaInf xs ys = mezclaTodas [map (+x) ys | x <- xs]

mezclaTodas :: Ord a => [[a]] -> [a]
mezclaTodas = foldr1 xmezcla
    where xmezcla (x:xs) ys = x : mezcla xs ys

mezcla :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
mezcla (x:xs) (y:ys) | x < y  = x : mezcla xs (y:ys)
                     | x == y = x : mezcla xs ys
                     | x > y  = y : mezcla (x:xs) ys
 
as = map (^2) primes
bs = map (^3) primes
cs = map (^4) primes

import Data.Numbers.Primes (primes)

-- 1ª solución

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

sumas3potencias1 :: [Integer]

sumas3potencias1 = filter esTripleSuma [1..]

-- (esTripleSuma n) se verifica si n se puede escribir de la forma

-- p²+q³+r⁴, con p, q y r primos. Por ejemplo,

-- esTripleSuma 33 == True

-- esTripleSuma 45 == False

esTripleSuma :: Integer -> Bool

esTripleSuma = not . null . triplesSumas

-- (triplesSumas n) es la lista de las ternas de primos (p,q,r) tales

-- que p²+q³+r⁴ = n. Por ejemplo,

-- triplesSumas 33 == [(3,2,2)]

-- triplesSumas 145 == [(11,2,2),(2,5,2)]

-- triplesSumas 45 == []

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

triplesSumas n =

[(p,q,r)

| r <- xs,

q <- xs,

let p2 = n - q^3 - r^4,

let p = (floor . sqrt . fromIntegral) p2,

p*p == p2,

isPrime p]

where xs = takeWhile (< (ceiling $ sqrt $ fromIntegral n)) primes

-- 2ª solución

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

sumas3potencias2 :: [Integer]

sumas3potencias2 = sumaOrdenadaInf as (sumaOrdenadaInf bs cs)

sumaOrdenadaInf:: [Integer] -> [Integer] -> [Integer]

sumaOrdenadaInf xs ys = mezclaTodas [map (+x) ys | x <- xs]

mezclaTodas :: Ord a => [[a]] -> [a]

mezclaTodas = foldr1 xmezcla

where xmezcla (x:xs) ys = x : mezcla xs ys

mezcla :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]

mezcla (x:xs) (y:ys) | x < y = x : mezcla xs (y:ys)

| x == y = x : mezcla xs ys

| x > y = y : mezcla (x:xs) ys

as = map (^2) primes

bs = map (^3) primes

cs = map (^4) primes

Números primos de Hilbert

PorJosé A. Alonso 4-febrero-20161-mayo-2016

Un número de Hilbert es un entero positivo de la forma 4n+1. Los primeros números de Hilbert son 1, 5, 9, 13, 17, 21, 25, 29, 33, 37, 41, 45, 49, 53, 57, 61, 65, 69, …

Un primo de Hilbert es un número de Hilbert n que no es divisible por ningún número de Hilbert menor que n (salvo el 1). Los primeros primos de Hilbert son 5, 9, 13, 17, 21, 29, 33, 37, 41, 49, 53, 57, 61, 69, 73, 77, 89, 93, 97, 101, 109, 113, 121, 129, 133, 137, …

Definir la sucesión

   primosH :: [Integer]

1	primosH :: [Integer]

tal que sus elementos son los primos de Hilbert. Por ejemplo,

   take 15 primosH  == [5,9,13,17,21,29,33,37,41,49,53,57,61,69,73]
   primosH !! 20000 == 203221

1 2	take 15 primosH == [5,9,13,17,21,29,33,37,41,49,53,57,61,69,73] primosH !! 20000 == 203221

Soluciones

-- 1ª definición
-- =============

-- numerosH es la sucesión de los números de Hilbert. Por ejemplo,
--    take 15 numerosH  ==  [1,5,9,13,17,21,25,29,33,37,41,45,49,53,57]
numerosH :: [Integer]
numerosH = [1,5..]

-- (divisoresH n) es la lista de los números de Hilbert que dividen a
-- n. Por ejemplo,
--   divisoresH 117  ==  [1,9,13,117]
--   divisoresH  21  ==  [1,21]
divisoresH :: Integer -> [Integer]
divisoresH n = [x | x <- takeWhile (<=n) numerosH,
                    n `mod` x == 0]

primosH1 :: [Integer]
primosH1 = [n | n <- tail numerosH,
                divisoresH n == [1,n]]

-- 2ª definición
-- =============

primosH2 :: [Integer]
primosH2 = filter esPrimoH (tail numerosH) 
    where esPrimoH n = all noDivideAn [5,9..m]
              where noDivideAn x = n `mod` x /= 0
                    m            = ceiling (sqrt (fromIntegral n))

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

--    λ> primosH1 !! 2000
--    16957
--    (6.93 secs, 750,291,352 bytes)
--    λ> primosH2 !! 2000
--    16957
--    (0.13 secs, 18,066,288 bytes)

-- 1ª definición

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

-- numerosH es la sucesión de los números de Hilbert. Por ejemplo,

-- take 15 numerosH == [1,5,9,13,17,21,25,29,33,37,41,45,49,53,57]

numerosH :: [Integer]

numerosH = [1,5..]

-- (divisoresH n) es la lista de los números de Hilbert que dividen a

-- n. Por ejemplo,

-- divisoresH 117 == [1,9,13,117]

-- divisoresH 21 == [1,21]

divisoresH :: Integer -> [Integer]

divisoresH n = [x | x <- takeWhile (<=n) numerosH,

n `mod` x == 0]

primosH1 :: [Integer]

primosH1 = [n | n <- tail numerosH,

divisoresH n == [1,n]]

-- 2ª definición

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

primosH2 :: [Integer]

primosH2 = filter esPrimoH (tail numerosH)

where esPrimoH n = all noDivideAn [5,9..m]

where noDivideAn x = n `mod` x /= 0

m = ceiling (sqrt (fromIntegral n))

-- Comparación de eficiencia

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

-- λ> primosH1 !! 2000

-- 16957

-- (6.93 secs, 750,291,352 bytes)

-- λ> primosH2 !! 2000

-- 16957

-- (0.13 secs, 18,066,288 bytes)

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