Números libres de cuadrados

José A. Alonso

03-11-2017

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

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

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]

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)