La sucesión A114258 de la OEIS está formada por los números n tales que el número de ocurrencia de cada dígito d de n en n² es el doble del número de ocurrencia de d en n. Por ejemplo, 72576 es un elemento de A114258 porque tiene un 2, un 5, un 6 y dos 7 y su cuadrado es 5267275776 que tiene exactamente dos 2, dos 5, dos 6 y cuatro 7.

Un número es especial si pertenece a la sucesión A114258.

Definir la sucesión

especiales :: [Integer]

cuyos elementos son los números especiales. Por ejemplo,

take 5 especiales  ==  [72576,406512,415278,494462,603297]

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Los primeros términos de la sucesión de Fibonacci son

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34

Se observa que el 6º término de la sucesión (comenzando a contar en 0) es el número 8.

Definir la función

indiceFib :: Integer -> Maybe Integer

tal que (indiceFib x) es justo el número n si x es el n-ésimo términos de la sucesión de Fibonacci o Nothing en el caso de que x no pertenezca a la sucesión. Por ejemplo,

indiceFib 8                                           == Just 6
indiceFib 9                                           == Nothing
indiceFib 21                                          == Just 8
indiceFib 22                                          == Nothing
indiceFib 280571172992510140037611932413038677189525  == Just 200
indiceFib 123456789012345678901234567890123456789012  == Nothing

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La integral definida de una función \( f \) entre los límites \( a \) y \( b \) puede calcularse mediante la regla del rectángulo usando la fórmula \[ h \cdot \left( f\left(a + \frac{h}{2}\right) + f\left(a + h + \frac{h}{2}\right) + f\left(a + 2h + \frac{h}{2}\right) + \cdots + f\left(a + nh + \frac{h}{2}\right) \right) \] con \[ a+nh+\frac{h}{2} \leq b < a+(n+1)h+\frac{h}{2} \] y usando valores pequeños para \( h \).

Definir la función

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

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

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El método de bisección para calcular un cero de una función en el intervalo [a,b] se basa en el teorema de Bolzano:

Si f(x) es una función continua en el intervalo [a, b], y si, además, en los extremos del intervalo la función f(x) toma valores de signo opuesto (f(a) * f(b) < 0), entonces existe al menos un valor c en (a, b) para el que f(c) = 0".

El método para calcular un cero de la función f en el intervalo [a,b] con un error menor que e consiste en tomar el punto medio del intervalo c = (a+b)/2 y considerar los siguientes casos:

• Si |f(c)| < e, hemos encontrado una aproximación del punto que anula f en el intervalo con un error aceptable.
• Si f(c) tiene signo distinto de f(a), repetir el proceso en el intervalo [a,c].
• Si no, repetir el proceso en el intervalo [c,b].

Definir la función

biseccion :: (Double -> Double) -> Double -> Double -> Double -> Double

tal que (biseccion f a b e) es una aproximación del punto del intervalo [a,b] en el que se anula la función f, con un error menor que e, calculada mediante el método de la bisección. Por ejemplo,

biseccion (\x -> x^2 - 3) 0 5 0.01             ==  1.7333984375
biseccion (\x -> x^3 - x - 2) 0 4 0.01         ==  1.521484375
biseccion cos 0 2 0.01                         ==  1.5625
biseccion (\x -> log (50-x) - 4) (-10) 3 0.01  ==  -5.125

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Definir las funciones

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]]

• (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

• (graficaParticionesCuadradas n) dibuja la gráfica de la sucesión

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

Por ejemplo, con (graficaParticionesCuadradas 100) se obtiene

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Un número n es automórfico si los últimos dígitos de su cuadrado son los dígitos de n. Por ejemplo, 5, 6, 76 y 890625 son números automórficos ya que 5² = 25, 6² = 36, 76² = 5776 y 890625² = 793212890625.

Definir la sucesión

automorficos :: [Integer]

tal que sus elementos son los números automórficos. Por ejemplo,

λ> take 11 automorficos
[1,5,6,25,76,376,625,9376,90625,109376,890625]
λ> automorficos !! 30
56259918212890625

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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

Definir la sucesión

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

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Se observa que todos los primeros números naturales tienen al menos un múltiplo no nulo que está formado solamente por ceros y unos. Por ejemplo, 1x10=10, 2x5=10, 3x37=111, 4x25=100, 5x2=10, 6x185=1110; 7x143=1001; 8X125=1000; 9x12345679=111111111.

Definir la función

multiplosCon1y0 :: Integer -> [Integer]

tal que (multiplosCon1y0 n) es la lista de los múltiplos de n cuyos dígitos son 1 ó 0. Por ejemplo,

take 4 (multiplosCon1y0 3)      ==  [111,1011,1101,1110]
take 3 (multiplosCon1y0 23)     ==  [110101,1011011,1101010]
head (multiplosCon1y0 1234658)  ==  110101101101000000110

Comprobar con QuickCheck que todo entero positivo tiene algún múltiplo cuyos dígitos son 1 ó 0.

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Dadas dos listas de valores

xs = [x(1), x(2), ..., x(n)]
ys = [y(1), y(2), ..., y(n)]

la ecuación de la recta de regresión de ys sobre xs es y = a+bx, donde \[ b = \frac{n \sum x_i y_i - \sum x_i \sum y_i}{n \sum x_i^2 - \left( \sum x_i \right)^2} \]

\[ a = \frac{\sum y_i - b \sum x_i}{n} \]

Definir la función

regresionLineal :: [Double] -> [Double] -> (Double,Double)

tal que (regresionLineal xs ys) es el par (a,b) de los coeficientes de la recta de regresión de ys sobre xs. Por ejemplo, para los valores

ejX, ejY :: [Double]
ejX = [5,  7, 10, 12, 16, 20, 23, 27, 19, 14]
ejY = [9, 11, 15, 16, 20, 24, 27, 29, 22, 20]

se tiene

λ> regresionLineal ejX ejY
(5.195045748716805,0.9218924347243919)

Definir el procedimiento

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

tal que (grafica xs ys) pinte los puntos correspondientes a las listas de valores xs e ys y su recta de regresión. Por ejemplo, con (grafica ejX ejY) se obtiene el siguiente dibujo

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El enunciado del problema 652 de Números y algo más es el siguiente

Si factorizamos los factoriales de un número en función de sus divisores primos y sus potencias, ¿Cuál es el menor número n tal que entre los factores primos y los exponentes de estos, n! contiene los dígitos del cero al nueve? Por ejemplo

• 6! = 2⁴x3²x5¹, le faltan los dígitos 0,6,7,8 y 9
• 12! = 2¹⁰x3⁵x5²x7¹x11¹, le faltan los dígitos 4,6,8 y 9

Definir la función

digitosDeFactorizacion :: Integer -> [Integer]

tal que (digitosDeFactorizacion n) es el conjunto de los dígitos que aparecen en la factorización de n. Por ejemplo,

digitosDeFactorizacion (factorial 6)   ==  [1,2,3,4,5]
digitosDeFactorizacion (factorial 12)  ==  [0,1,2,3,5,7]

Usando la función anterior, calcular la solución del problema.

Comprobar con QuickCheck que si n es mayor que 100, entonces

digitosDeFactorizacion (factorial n) == [0..9]

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Los números de Pentanacci se definen mediante las ecuaciones

P(0) = 0
P(1) = 1
P(2) = 1
P(3) = 2
P(4) = 4
P(n) = P(n-1) + P(n-2) + P(n-3) + P(n-4) + P(n-5), si n > 4

Los primeros números de Pentanacci son

0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 31, 61, 120, 236, 464, 912, 1793, 3525, ...

Se observa que

• hasta P(5) hay 1 impar: el 1 (aunque aparece dos veces);
• hasta P(7) hay 2 impares distintos: 1 y 31;
• hasta P(10) hay 3 impares distintos: 1, 31 y 61;
• hasta P(15) hay 5 impares distintos: 1, 31 y 61, 1793 y 3525.

Definir la función

nPentanacciImpares :: Integer -> Integer

tal que (nPentanacciImpares n) es la cantidad de números impares distintos desde P(0) hasta P(n). Por ejemplo,

nPentanacciImpares 5                             ==  1
nPentanacciImpares 7                             ==  2
nPentanacciImpares 10                            ==  3
nPentanacciImpares 15                            ==  5
nPentanacciImpares 100                           ==  33
nPentanacciImpares 1000                          ==  333
nPentanacciImpares 10000                         ==  3333
nPentanacciImpares (10^(10^6)) `mod` (10^9)      ==  333333333
length (show (nPentanacciImpares2 (10^(10^6))))  ==  1000000

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Los números de Fibonacci se definen mediante las ecuaciones

F(0) = 0
F(1) = 1
F(n) = F(n-1) + F(n-2), si n > 1

Los primeros números de Fibonacci son

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, ...

Una generalización de los anteriores son los números de Pentanacci definidos por las siguientes ecuaciones

P(0) = 0
P(1) = 1
P(2) = 1
P(3) = 2
P(4) = 4
P(n) = P(n-1) + P(n-2) + P(n-3) + P(n-4) + P(n-5), si n > 4

Los primeros números de Pentanacci son

0, 1, 1, 2, 4, 8, 16, 31, 61, 120, 236, 464, 912, 1793, 3525, ...

Definir la sucesión

pentanacci :: [Integer]

cuyos elementos son los números de Pentanacci. Por ejemplo,

λ> take 15 pentanacci
[0,1,1,2,4,8,16,31,61,120,236,464,912,1793,3525]
λ> (pentanacci !! 70000) `mod` (10^30)
231437922897686901289110700696
λ> length (show (pentanacci !! 70000))
20550

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Las matrices se pueden representar como lista de listas de la misma longitud, donde cada uno de sus elementos representa una fila de la matriz.

Definir la función

diagonal       :: [[a]] -> [a]

tal que (diagonal xss) es la diagonal de la matriz xss. Por ejemplo,

diagonal [[3,5,2],[4,7,1],[6,9,0]]           ==  [3,7,0]
diagonal [[3,5],[4,7],[6,9]]                 ==  [3,7]
diagonal [[3,5,2],[4,7,1]]                   ==  [3,7]
sum (diagonal (replicate 20000 [1..20000]))  ==  200010000

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Definir la función

sumas :: Int -> [Int] -> [Int]

tal que (sumas n xs) es la lista de los números que se pueden obtener como suma de n, o menos, elementos de xs. Por ejemplo,

sumas 0 [2,5]              ==  [0]
sumas 1 [2,5]              ==  [0,2,5]
sumas 2 [2,5]              ==  [0,2,4,5,7,10]
sumas 3 [2,5]              ==  [0,2,4,5,6,7,9,10,12,15]
sumas 2 [2,3,5]            ==  [0,2,3,4,5,6,7,8,10]
sumas 3 [2,3,5]            ==  [0,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,15]
length (sumas 8 [1..200])  ==  1601

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Los árboles binarios con datos en los nodos y hojas se definen por

data Arbol a = H
             | N a (Arbol a) (Arbol a)
             deriving (Eq, Show)

Por ejemplo, el árbol

       3
      / \
     /   \
    4     7
   / \   / \
  5   0 0   3
 / \
2   0

se representa por

ejArbol :: Arbol Integer
ejArbol = N 3 (N 4 (N 5 (H 2)(H 0)) (H 0)) (N 7 (H 0) (H 3))

Anotando cada elemento del árbol anterior con su profundidad, se obtiene el árbol siguiente

        3-0
        / \
       /   \
      /     \
    4-1     7-1
    / \     / \
  5-2 0-2 0-2 3-0
  / \
2-3 0-3

Definir la función

anotado :: Arbol a -> Arbol (a,Int)

tal que (anotado x) es el árbol obtenido anotando los elementos de x con su profundidad. Por ejemplo,

λ> anotado ejArbol
N (3,0)
  (N (4,1)
     (N (5,2) (H (2,3)) (H (0,3)))
     (H (0,2)))
  (N (7,1) (H (0,2)) (H (3,2)))

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Definir la función

compactada :: [Maybe Int] -> [Int]

tal que (compacta xs) es la lista obtenida al compactar xs con las siguientes reglas:

1. se eliminan los elementos Nothing;
2. si dos elementos consecutivos tienen el mismo valor, se sustituyen por el sucesor de su valor y
3. los restantes elementos no se cambian.

Por ejemplo,

λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 4,Just 4,Just 3,Just 6]
[2,5,3,6]
λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 1,Just 4,Just 3,Just 6]
[2,1,4,3,6]
λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 1,Just 4,Just 4,Just 6]
[2,1,5,6]
λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 1,Just 4,Just 3,Just 4]
[2,1,4,3,4]
λ> compactada [Just 1,Nothing,Just 1,Just 2,Just 4,Just 3,Just 4]
[2,2,4,3,4]

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Definir la función

sinEspaciosExtremos :: String -> String

tal que (sinEspaciosExtremos cs) es la cadena obtenida eliminando los espacios blancos de los extremos de la cadena cs. Por ejemplo,

λ> sinEspaciosExtremos "   El lunes a las 12:30.     "
"El lunes a las 12:30."

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Sea \( n \) un número natural cuya factorización prima es \[ n = 2^a \cdot p_1^{b_1} \cdots p_n^{b_n} \cdot q_1^{c_1} \cdots q_m^{c_m} \] donde los \( p_i \) son los divisores primos de \( n \) congruentes con \( 3 \) módulo \( 4 \) y los \( q_j \) son los divisores primos de \( n \) congruentes con \( 1 \) módulo \( 4 \). Entonces, el número de formas de descomponer \( n \) como suma de dos cuadrados es \( 0 \), si algún \( b_i \) es impar y es el techo (es decir, el número entero más próximo por exceso) de \[ \frac{(1+c_1) \cdots (1+c_m)}{2} \] en caso contrario. Por ejemplo, el número \( 2^3 \cdot (3^9 \cdot 7^8) \cdot (5^3 \cdot 13^6) \) no se puede descomponer como sumas de dos cuadrados (porque el exponente de \( 3 \) es impar) y el número \( 2^3 \cdot (3^2 \cdot 7^8) \cdot (5^3 \cdot 13^6) \) tiene \( 14 \) descomposiciones como suma de dos cuadrados (porque los exponentes de \( 3 \) y \( 7 \) son pares y el techo de \( \frac{(1+3)(1+6)}{2} \) es \( 14 \)).

Definir la función

   nRepresentaciones :: Integer -> Integer

tal que (nRepresentaciones n) es el número de formas de representar n como suma de dos cuadrados. Por ejemplo,

   nRepresentaciones (2^3*3^9*5^3*7^8*13^6)        ==  0
   nRepresentaciones (2^3*3^2*5^3*7^8*13^6)        ==  14
   head [n | n <- [1..], nRepresentaciones n > 8]  ==  71825

Usando la función representaciones del ejercicio anterior, comprobar con QuickCheck la siguiente propiedad

prop_nRepresentaciones :: Integer -> Property
prop_nRepresentaciones n =
    n > 0 ==>
      nRepresentaciones2 n == genericLength (representaciones n)

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Definir la función

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

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

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

Comprobar con QuickCheck que un número natural n se puede representar como suma de dos cuadrados si, y sólo si, en la factorización prima de n todos los exponentes de sus factores primos congruentes con 3 módulo 4 son pares.

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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 función

factorizacionesH :: Integer -> [[Integer]]

tal que (factorizacionesH n) es la listas de primos de Hilbert cuyo producto es el número de Hilbert n. Por ejemplo,

factorizacionesH  25  ==  [[5,5]]
factorizacionesH  45  ==  [[5,9]]
factorizacionesH 441  ==  [[9,49],[21,21]]

Comprobar con QuickCheck que todos los números de Hilbert son factorizables como producto de primos de Hilbert (aunque laa factorización, como para el 441, puede no ser única).

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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]

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

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La serie de Thue-Morse comienza con el término [0] y sus siguientes términos se construyen añadiéndole al anterior su complementario. Los primeros términos de la serie son

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

De esta forma se va formando una sucesión

0,1,1,0,1,0,0,1,1,0,0,1,0,1,1,0,...

que se conoce como la sucesión de Thue-Morse.

Definir la sucesión

sucThueMorse :: [Int]

cuyos elementos son los de la sucesión de Thue-Morse. Por ejemplo,

λ> take 30 sucThueMorse
[0,1,1,0,1,0,0,1,1,0,0,1,0,1,1,0,1,0,0,1,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0]
λ> map (sucThueMorse4 !!) [1234567..1234596]
[1,1,0,0,1,0,1,1,0,1,0,0,1,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,0,1,1,0,0,1,0]
λ> map (sucThueMorse4 !!) [4000000..4000030]
[1,0,0,1,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,0,1,0,1,1,0,1,0,0,1,1,0,0,1,0,1,1]

Comprobar con QuickCheck que si s(n) representa el término n-ésimo de la sucesión de Thue-Morse, entonces

s(2n)   = s(n)
s(2n+1) = 1 - s(n)

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Definir la función

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

tal que (ordPorFrecuencia xs) es la lista obtenidas ordenando los elementos de xs por su frecuencia, de los que aparecen menos a los que aparecen más. Por ejemplo,

ordPorFrecuencia "canalDePanama"  ==  "DPcelmnnaaaaa"
ordPorFrecuencia "20012016"       ==  "61122000"

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El máximo común divisor (mcd) de dos números enteros no negativos se puede calcular mediante un algoritmo binario basado en las siguientes propiedades:

1. Si a,b son pares, entonces mcd(a,b) = 2*mcd(a/2,b/2)
2. Si a es par y b impar, entonces mcd(a,b) = mcd(a/2,b)
3. Si a es impar y b par, entonces mcd(a,b) = mcd(a,b/2)
4. Si a y b son impares y a > b, entonces mcd(a,b) = mcd((a-b)/2,b)
5. Si a y b son impares y a < b, entonces mcd(a,b) = mcd(a,(b-a)/2)
6. mcd(a,0) = a
7. mcd(0,b) = b
8. mcd(a,a) = a

Por ejemplo, el cálculo del mcd(660,420) es

mcd(660,420)
= 2*mcd(330,210)    [por 1]
= 2*2*mcd(165,105)  [por 1]
= 2*2*mcd(30,105)   [por 4]
= 2*2*mcd(15,105)   [por 2]
= 2*2*mcd(15,45)    [por 4]
= 2*2*mcd(15,15)    [por 4]
= 2*2*15            [por 8]
= 60

Definir la función

mcd :: Integer -> Integer -> Integer

Definir la función

tal que (mcd a b) es el máximo común divisor de a y b calculado mediante el algoritmo binario del mcd. Por ejemplo,

mcd 660 420  ==  60
mcd 3 0      ==  3
mcd 0 3      ==  3

Comprobar con QuickCheck que, para los enteros no negativos, las funciones mcd y gcd son equivalentes.

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Definir la función

agrupa :: (a -> Bool) -> [a] -> [[a]]

tal que (agrupa p xs) es la lista obtenida separando los elementos consecutivos de xs que verifican la propiedad p de los que no la verifican. Por ejemplo,

agrupa odd   [1,2,0,4,9,6,4,5,7,2]  ==  [[1],[2,0,4],[9],[6,4],[5,7],[2]]
agrupa even  [1,2,0,4,9,6,4,5,7,2]  ==  [[],[1],[2,0,4],[9],[6,4],[5,7],[2]]
agrupa (> 4) [1,2,0,4,9,6,4,5,7,2]  ==  [[],[1,2,0,4],[9,6],[4],[5,7],[2]]
agrupa (< 4) [1,2,0,4,9,6,4,5,7,2]  ==  [[1,2,0],[4,9,6,4,5,7],[2]]

Comprobar con QuickCheck que para cualquier propiedad p y cualquier lista xs, la concatenación de (agrupa p xs) es xs; es decir,

prop_agrupa :: Blind (Int -> Bool) -> [Int] -> Bool
prop_agrupa (Blind p) xs =
    concat (agrupa1 p xs) == xs

Nota. Usar la librería Test.QuickCheck.Modifiers.

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Definir la sucesión

sumasDeDosPrimos :: [Integer]

cuyos elementos son los números que se pueden escribir como suma de dos números primos. Por ejemplo,

λ> take 23 sumasDeDosPrimos
[4,5,6,7,8,9,10,12,13,14,15,16,18,19,20,21,22,24,25,26,28,30,31]

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Los árboles binarios con datos en nodos y hojas se definen por

data Arbol a = H a | N a (Arbol a) (Arbol a) deriving Show

Por ejemplo, el árbol

       3
      / \
     /   \
    4     7
   / \   / \
  5   0 0   3
 / \
2   0

se representa por

ejArbol :: Arbol Integer
ejArbol = N 3 (N 4 (N 5 (H 2)(H 0)) (H 0)) (N 7 (H 0) (H 3))

Definir la función

sucesores :: Arbol a -> [(a,[a])]

tal que (sucesores t) es la lista de los pares formados por los elementos del árbol t junto con sus sucesores. Por ejemplo,

λ> sucesores ejArbol
[(3,[4,7]),(4,[5,0]),(5,[2,0]),(2,[]),(0,[]),(0,[]),
 (7,[0,3]),(0,[]),(3,[])]

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Una función f entre dos conjuntos A e B se puede representar mediante una lista de pares de AxB tales que para cada elemento a de A existe un único elemento b de B tal que (a,b) pertenece a f. Por ejemplo,

• [(1,2),(3,6)] es una función de [1,3] en [2,4,6];
• [(1,2)] no es una función de [1,3] en [2,4,6], porque no tiene ningún par cuyo primer elemento sea igual a 3;
• [(1,2),(3,6),(1,4)] no es una función porque hay dos pares distintos cuya primera coordenada es 1.

Definir la función

funciones :: [a] -> [a] -> [[(a,a)]]

tal que (funciones xs ys) es el conjunto de las funciones de xs en ys. Por ejemplo,

λ> funciones [] [2,4,6]
[[]]
λ> funciones [3] [2,4,6]
[[(3,2)],[(3,4)],[(3,6)]]
λ> funciones [1,3] [2,4,6]
[[(1,2),(3,2)], [(1,2),(3,4)], [(1,2),(3,6)], [(1,4),(3,2)], [(1,4),(3,4)],
 [(1,4),(3,6)], [(1,6),(3,2)], [(1,6),(3,4)], [(1,6),(3,6)]]

Comprobar con QuickCheck que si xs es un conjunto con n elementos e ys un conjunto con m elementos, entonces (funciones xs ys) tiene m^n elementos.

Nota. Al hacer la comprobación limitar el tamaño de las pruebas como se indica a continuación

λ> quickCheckWith (stdArgs {maxSize=7}) prop_funciones
+++ OK, passed 100 tests.

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La serie de Thue-Morse comienza con el término [0] y sus siguientes términos se construyen añadiéndole al anterior su complementario. Los primeros términos de la serie son

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

Definir la lista

serieThueMorse :: [[Integer]]

tal que sus elementos son los términos de la serie de Thue-Morse. Por ejemplo,

λ> take 4 serieThueMorse
[[0],[0,1],[0,1,1,0],[0,1,1,0,1,0,0,1]]

Comprobar con QuickCheck que cada término de la serie de Thue-Morse se obtiene del anterior sustituyendo los 1 por 1, 0 y los 0 por 0, 1.

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Definir la función

primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas :: Int -> [[Integer]]

tal que (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas k) es la sucesión de lista de k primos consecutivos tales que las sumas ordenadas de sus dígitos también son primos consecutivos. Por ejemplo,

λ> take 5 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 2)
[[2,3],[3,5],[5,7],[41,43],[43,47]]
λ> take 5 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 3)
[[2,3,5],[3,5,7],[41,43,47],[191,193,197],[193,197,199]]
λ> take 4 (primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 4)
[[2,3,5,7],[3,5,7,11],[191,193,197,199],[821,823,827,829]]
λ> primosConsecutivosConSumasDigitalesPrimas 4 !! 50
[129197,129209,129221,129223]

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Un número n es k-belga si la sucesión cuyo primer elemento es k y cuyos elementos se obtienen sumando reiteradamente las cifras de n contiene a n. Por ejemplo,

• El 18 es 0-belga, porque a partir del 0 vamos a ir sumando sucesivamente 1, 8, 1, 8, ... hasta llegar o sobrepasar el 18: 0, 1, 9, 10, 18, ... Como se alcanza el 18, resulta que el 18 es 0-belga.
• El 19 no es 1-belga, porque a partir del 1 vamos a ir sumando sucesivamente 1, 8, 1, 8, ... hasta llegar o sobrepasar el 18: 0, 1, 10, 11, 20, 21, ... Como no se alcanza el 19, resulta que el 19 no es 1-belga.

Definir la función

esBelga :: Int -> Int -> Bool

tal que (esBelga k n) se verifica si n es k-belga. Por ejemplo,

esBelga 0 18                              ==  True
esBelga 1 19                              ==  False
esBelga 0 2016                            ==  True
[x | x <- [0..30], esBelga 7 x]           ==  [7,10,11,21,27,29]
[x | x <- [0..30], esBelga 10 x]          ==  [10,11,20,21,22,24,26]
length [n | n <- [1..9000], esBelga 0 n]  ==  2857

Comprobar con QuickCheck que para todo número entero positivo n, si k es el resto de n entre la suma de los dígitos de n, entonces n es k-belga.

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Definir la función

antiimagen :: (Int -> Int) -> Int -> Maybe Int

tal que (antiimagen f y) es justo el x tal que f(x) = y, si y pertenece a la imagen de la función creciente f, o nada, en caso contrario. Por ejemplo,

antiimagen (^2) 25  ==  Just 5
antiimagen (^3) 25  ==  Nothing

Nota. Se supone que f está definida sobre los números naturales.

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Dada una matriz cuyos elementos son 0 ó 1, su relleno es la matriz obtenida haciendo iguales a 1 los elementos de las filas y de las columna que contienen algún uno. Por ejemplo, el relleno de la matriz de la izquierda es la de la derecha:

0 0 0 0 0    1 0 0 1 0
0 0 0 0 0    1 0 0 1 0
0 0 0 1 0    1 1 1 1 1
1 0 0 0 0    1 1 1 1 1
0 0 0 0 0    1 0 0 1 0

Las matrices se pueden representar mediante tablas cuyos índices son pares de enteros

type Matriz = Array (Int,Int) Int

por ejemplo, la matriz de la izquierda de la figura anterior se define por

ej :: Matriz
ej = listArray ((1,1),(5,5)) [0, 0, 0, 0, 0,
                              0, 0, 0, 0, 0,
                              0, 0, 0, 1, 0,
                              1, 0, 0, 0, 0,
                              0, 0, 0, 0, 0]

Definir la función

relleno :: Matriz -> Matriz

tal que (relleno p) es el relleno de la matriz p. Por ejemplo,

λ> elems (relleno ej)
[1,0,0,1,0,
 1,0,0,1,0,
 1,1,1,1,1,
 1,1,1,1,1,
 1,0,0,1,0]

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Definir la sucesión

primosCon2016 :: [Integer]

tal que sus elementos son los números primos que contienen al 2016. Por ejemplo,

take 5 primosCon2016  ==  [20161,120163,120167,201611,201623]
primosCon2016 !! 111  ==  3020167

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El hueco de un número primo p es la distancia entre p y primo siguiente de p. Por ejemplo, el hueco de 7 es 4 porque el primo siguiente de 7 es 11 y 4 = 11-7. Los huecos de los primeros números son

Primo Hueco
 2    1
 3    2
 7    4
11    2

El hueco de un número primo p es maximal si es mayor que los huecos de todos los números menores que p. Por ejemplo, 4 es un hueco maximal de 7 ya que los huecos de los primos menores que 7 son 1 y 2 y ambos son menores que 4. La tabla de los primeros huecos maximales es

Primo Hueco
  2    1
  3    2
  7    4
 23    6
 89    8
113   14
523   18
887   20

Definir la sucesión

primosYhuecosMaximales :: [(Integer,Integer)]

cuyos elementos son los números primos con huecos maximales junto son sus huecos. Por ejemplo,

λ> take 8 primosYhuecosMaximales
[(2,1),(3,2),(7,4),(23,6),(89,8),(113,14),(523,18),(887,20)]
λ> primosYhuecosMaximales !! 20
(2010733,148)

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En lógica matemática, un literal es una fórmula atómica o su negación. Se puede definir por el tipo de dato

data Literal = Atom String
             | Neg Literal
             deriving (Eq, Show)

Por ejemplo, el literal los literales p y ¬q se representan por las expresiones (Atom "p") y (Neg (Atom "q")), respectivamente.

Una lista de literales (que se interpreta como su disyunción) es un tautología si contiene a una fórmula atómica y su negación.

Definir la función

tautologia :: [Literal] -> Bool

tal que (tautologia xs) se verifica si la lista de literales xs es una tautología. Por ejemplo,

λ> tautologia [Atom "p", Neg (Atom "q"), Neg (Atom "p")]
True
λ> tautologia [Atom "p", Neg (Atom "q"), Neg (Atom "r")]
False
λ> tautologia [Atom "p", Neg (Atom "q"), Neg (Atom "q")]
False

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La cuadrícula entera de lado n, Cₙ, es el conjunto de los puntos (x,y) donde x e y son números enteros tales que 1 ≤ x, y ≤ n.

Un punto (x,y) de Cₙ es visible desde el origen si el máximo común divisor de x e y es 1. Por ejemplo, el punto (4,6) no es visible porque está ocultado por el (2,3); en cambio, el (2,3) sí es visible.

El conjunto de los puntos visibles en la cuadrícula entera de lado 6 son (1,1), (1,2), (1,3), (1,4), (1,5), (1,6), (2,1), (2,3), (2,5), (3,1), (3,2), (3,4), (3,5), (4,1), (4,3), (4,5), (5,1), (5,2), (5,3), (5,4), (5,6), (6,1) y (6,5).

Definir la función

nVisibles :: Integer -> Integer

tal que (nVisibles n) es el número de los puntos visibles en la cuadrícula de lado n.Por ejemplo,

nVisibles 6       ==  23
nVisibles 10      ==  63
nVisibles 100     ==  6087
nVisibles 1000    ==  608383
nVisibles 10000   ==  60794971
nVisibles 100000  ==  6079301507

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En una lista xs se produce un cambio de signo por cada elemento x de la lista junto el primero de los elementos de xs con signo opuesto al de x. Por ejemplo,en la lista [6,5,-4,0,-2,-7,0,-8,-1,4] hay 2 cambios de signo (entre (5,-4) y (-1,4)) y en la lista [6,5,-4,0, 2,-7,0,-8,-1,4] hay 4 cambios de signo (entre (5,-4), (-4,2), (2,-7) y(-1,4)).

Definir la función

nCambios :: (Num a, Ord a) => [a] -> Int

tal que (nCambios xs) es el número de cambios de signos de la lista xs. Por ejemplo,

nCambios []                          ==  0
nCambios [6,5,-4,0,-2,-7,0,-8,-1,4]  ==  2
nCambios [6,5,-4,0, 2,-7,0,-8,-1,4]  ==  4

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La parte libre de cuadrados de un número n es el producto de todos sus divisores primos con exponente impar en la factorización prima de n. Por ejemplo, la parte libre de cuadrados de 360 es 10 ya que 360 = 2³3²5 y 2.5 = 10; además, 360 = 10.6²

La parte cuadrada de un número n es el mayor número cuadrado que divide a n. Por ejemplo, la parte cuadrada de 360 es 6.

Definir las funciones

parteLibre    :: Integer -> Integer
parteCuadrada :: Integer -> Integer

tales que

• (parteLibre x) es la parte libre de x. Por ejemplo,

parteLibre 360                 ==  10
parteLibre 1800                ==  2
[parteLibre n | n <- [1..14]]  ==  [1,2,3,1,5,6,7,2,1,10,11,3,13,14]

• (parteCuadrada x) es la parte cuadrada de x. Por ejemplo,

parteCuadrada 360                 ==  36
parteCuadrada 1800                ==  900
[parteCuadrada n | n <- [1..14]]  ==  [1,1,1,4,1,1,1,4,9,1,1,4,1,1]

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La indicatriz de Euler (también llamada función φ de Euler) es una función importante en teoría de números. Si n es un entero positivo, entonces φ(n) se define como el número de enteros positivos menores o iguales a n y coprimos con n. Por ejemplo, φ(36) = 12 ya que los números menores o iguales a 36 y coprimos con 36 son doce: 1, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 25, 29, 31, y 35.

Definir la función

phi :: Integer -> Integer

tal que (phi n) es igual a φ(n). Por ejemplo,

phi 36                     ==  12
map phi [10..20]           ==  [4,10,4,12,6,8,8,16,6,18,8]
phi (3^10^5) `mod` (10^9)  ==  681333334

Comprobar con QuickCheck que, para todo n > 0, φ(10ⁿ) tiene n dígitos.

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Las fórmulas proposicionales construidas con las constantes verdadero (⊤), falso (⊥), las variables proposicionales y las conectivas de negación (¬), conjunción (∧) y disyunción (∨) se pueden definir usando el siguiente tipo de datos

data Prop = Const Bool
          | Var Char
          | Neg Prop
          | Conj Prop Prop
          | Disj Prop Prop
          deriving (Eq, Show)

Por ejemplo, la fórmula (A ∧ ⊥) ∨ (⊤ ∧ B) se representa por

Disj (Conj (Var 'A') (Const False)) (Conj (Const True) (Var 'B'))

La fórmula dual de una fórmula p es la fórmula obtenida intercambiando en p las ∧ por ∨ y también las ⊤ por ⊥. Por ejemplo, la dual de (A ∧ ⊥) ∨ (⊤ ∧ B) es (A ∨ ⊤) ∧ (⊥ ∨ B)

Definir la función

dual :: Prop -> Prop

tal que (dual p) es la dual de p. Por ejemplo,

λ> dual (Disj (Conj (Var 'A') (Const False)) (Conj (Const True) (Var 'B')))
Conj (Disj (Var 'A') (Const True)) (Disj (Const False) (Var 'B'))

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Definir la función

sucSumaCuadradosDigitos :: Integer -> [Integer]

tal que (sucSumaCuadradosDigitos n) es la sucesión cuyo primer término es n y los restantes se obtienen sumando los cuadrados de los dígitos de su término anterior. Por ejemplo,

λ> take 20 (sucSumaCuadradosDigitos 2016)
[2016,41,17,50,25,29,85,89,145,42,20,4,16,37,58,89,145,42,20,4]
λ> take 20 (sucSumaCuadradosDigitos 1976)
[1976,167,86,100,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]
λ> sucSumaCuadradosDigitos 2016 !! (10^8)
145

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Definir la función

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

tal que (puntos n) es la lista de los puntos (x,y) con coordenadas enteras de la cuadrícula [1..n]x[1..n] (es decir, 1 ≤ x,y ≤ n) tales que |x²-xy-y²| = 1. Por ejemplo,

length (puntos 10)          ==  5
length (puntos 100)         ==  10
length (puntos 1000)        ==  15
length (puntos (10^50000))  ==  239249

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Un entero positivo n es un número práctico si todos los enteros positivos menores que él se pueden expresar como suma de distintos divisores de n. Por ejemplo, el 12 es un número práctico, ya que todos los enteros positivos menores que 12 se pueden expresar como suma de divisores de 12 (1, 2, 3, 4 y 6) sin usar ningún divisor más de una vez en cada suma:

 1 = 1
 2 = 2
 3 = 3
 4 = 4
 5 = 2 + 3
 6 = 6
 7 = 1 + 6
 8 = 2 + 6
 9 = 3 + 6
10 = 4 + 6
11 = 1 + 4 + 6

En cambio, 14 no es un número práctico ya que 6 no se puede escribir como suma, con sumandos distintos, de divisores de 14.

Definir la función

esPractico :: Integer -> Bool

tal que (esPractico n) se verifica si n es un número práctico. Por ejemplo,

esPractico 12                                      ==  True
esPractico 14                                      ==  False
esPractico 2016                                    ==  True
esPractico 42535295865117307932921825928971026432  ==  True

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Definir las funciones

sumaRedondeos       :: Integer -> [Integer]
limiteSumaRedondeos :: Integer -> Integer

tales que

• (sumaRedondeos n) es la sucesión cuyo k-ésimo término es

redondeo (n/2) + redondeo (n/4) + ... + redondeo (n/2^k)

Por ejemplo,

take 5 (sumaRedondeos 1000)  ==  [500,750,875,937,968]

• (limiteSumaRedondeos n) es la suma de la serie

redondeo (n/2) + redondeo (n/4) + redondeo (n/8) + ...

Por ejemplo,

limiteSumaRedondeos1 2000                    ==  1999
limiteSumaRedondeos1 2016                    ==  2016
limiteSumaRedondeos5 (10^308) `mod` (10^10)  ==  123839487

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Definir la función

optimos :: Eq b => (b -> b -> Bool) -> (a -> b) -> [a] -> [a]

tal que (optimos r f xs) es la lista de los elementos de xs donde la función f alcanza sus valores óptimos respecto de la relación r. Por ejemplo,

optimos (<) length ["ab","c","de","f"]  ==  ["c","f"]
optimos (>) length ["ab","c","de","f"]  ==  ["ab","de"]

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Definir la función

maximales :: Eq a => (a -> a -> Bool) -> [a] -> [a]

tal que (maximales r xs) es la lista de los elementos de xs para los que no hay ningún otro elemento de xs mayor según la relación r. Por ejemplo,

maximales (>) [2,3,4,6]                     ==  [6]
maximales (<) [2,3,4,6]                     ==  [2]
maximales (\x y -> mod x y == 0) [2,3,4,6]  ==  [4,6]
maximales (\x y -> mod y x == 0) [2,3,4,6]  ==  [2,3]

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Definir la función

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

tal que (esAnterior xs y z) se verifica si y ocurre en xs antes que z (que puede no pertenecer a xs). Por ejemplo,

esAnterior [1,3,7,2] 3 2  ==  True
esAnterior [1,3,7,2] 3 1  ==  False
esAnterior [1,3,7,2] 3 5  ==  True
esAnterior [1,3,7,2] 5 3  ==  False

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Definir la función

todosPares :: (a -> b -> c) -> [a] -> [b] -> [c]

tal que (todosPares f xs ys) es el resultado de aplicar la operación f a todos los pares de xs e ys. Por ejemplo,

todosPares (*) [2,3,5] [7,11]            == [14,22,21,33,35,55]
todosPares (\x y -> x:show y) "ab" [7,5] == ["a7","a5","b7","b5"]

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Definir la función

inserta :: [a] -> [[a]] -> [[a]]

tal que (inserta xs yss) es la lista obtenida insertando

• el primer elemento de xs como primero en la primera lista de yss,
• el segundo elemento de xs como segundo en la segunda lista de yss (si la segunda lista de yss tiene al menos un elemento),
• el tercer elemento de xs como tercero en la tercera lista de yss (si la tercera lista de yss tiene al menos dos elementos),

y así sucesivamente. Por ejemplo,

inserta [1,2,3] [[4,7],[6],[9,5,8]]  ==  [[1,4,7],[6,2],[9,5,3,8]]
inserta [1,2,3] [[4,7],[] ,[9,5,8]]  ==  [[1,4,7],[],   [9,5,3,8]]
inserta [1,2]   [[4,7],[6],[9,5,8]]  ==  [[1,4,7],[6,2],[9,5,8]]
inserta [1,2,3] [[4,7],[6]]          ==  [[1,4,7],[6,2]]
inserta "tad"   ["odo","pra","naa"]  ==  ["todo","para","nada"]

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Definir el procedimiento

arbol :: Int -> IO ()

tal que (arbol n) dibuja el árbol de Navidad con una copa de altura n y un tronco de altura la mitad de n. Por ejemplo,

λ> arbol 5

     X
    XXX
   XXXXX
  XXXXXXX
 XXXXXXXXX
     X
     X

λ> arbol 6

      X
     XXX
    XXXXX
   XXXXXXX
  XXXXXXXXX
 XXXXXXXXXXX
      X
      X
      X

λ> arbol 7

       X
      XXX
     XXXXX
    XXXXXXX
   XXXXXXXXX
  XXXXXXXXXXX
 XXXXXXXXXXXXX
       X
       X
       X

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Definir la función

siembra :: [Int] -> [Int]

tal que (siembra xs) es la lista ys obtenida al repartir cada elemento x de la lista xs poniendo un 1 en las x siguientes posiciones de la lista ys. Por ejemplo,

siembra [4]      ==  [0,1,1,1,1]
siembra [0,2]    ==  [0,0,1,1]
siembra [4,2]    ==  [0,1,2,2,1]

El tercer ejemplo se obtiene sumando la siembra de 4 en la posición 0 (como el ejemplo 1) y el 2 en la posición 1 (como el ejemplo 2). Otros ejemplos son

siembra [0,4,2]          ==  [0,0,1,2,2,1]
siembra [3]              ==  [0,1,1,1]
siembra [3,4,2]          ==  [0,1,2,3,2,1]
siembra [3,2,1]          ==  [0,1,2,3]
sum $ siembra [1..2500]  ==  3126250

Comprobar con QuickCheck que la suma de los elementos de (siembra xs) es igual que la suma de los de xs.

Nota: Se supone que el argumento es una lista de números no negativos y que se puede ampliar tanto como sea necesario para repartir los elementos.

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Definir la función

productoInfinito :: [Int] -> [Int]

tal que (productoInfinito xs) es la lista infinita que en la posición N tiene el producto de los N primeros elementos de la lista infinita xs. Por ejemplo,

take 5 (productoInfinito [1..])    ==  [1,2,6,24,120]
take 5 (productoInfinito [2,4..])  ==  [2,8,48,384,3840]
take 5 (productoInfinito [1,3..])  ==  [1,3,15,105,945]

Nota: Este ejercicio es parte del examen del grupo 3 del 2 de diciembre.

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Una lista hermanada es una lista de números estrictamente positivos en la que cada elemento tiene algún factor primo en común con el siguiente, en caso de que exista, o alguno de los dos es un 1. Por ejemplo,

• [2,6,3,9,1,5] es una lista hermanada pues 2 y 6 tienen un factor en común (2); 6 y 3 tienen un factor en común (3); 3 y 9 tienen un factor en común (3); de 9 y 1 uno es el número 1; y de 1 y 5 uno es el número 1.
• [2,3,5] no es una lista hermanada pues 2 y 3 no tienen ningún factor primo en común.

Definir la función

hermanada :: [Int] -> Bool

tal que (hermanada xs) se verifica si la lista xs es hermanada según la definición anterior. Por ejemplo,

hermanada [2,6,3,9,1,5]   ==  True
hermanada [2,3,5]         ==  False
hermanada [2,4..1000000]  ==  True

Nota: Este ejercicio es parte del examen del grupo 3 del 2 de diciembre.

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Un número natural n es una potencia perfecta si existen dos números naturales m > 1 y k > 1 tales que n = m^k. Las primeras potencias perfectas son

4 = 2², 8 = 2³, 9 = 3², 16 = 2⁴, 25 = 5², 27 = 3³, 32 = 2⁵,
36 = 6², 49 = 7², 64 = 2⁶, ...

Definir la sucesión

potenciasPerfectas :: [Integer]

cuyos términos son las potencias perfectas. Por ejemplo,

take 10 potenciasPerfectas  ==  [4,8,9,16,25,27,32,36,49,64]
potenciasPerfectas !! 100   ==  6724