]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blobdiff - helm/software/matita/library/Q/q.ma
More work on rational numbers with unique representations.
[helm.git] / helm / software / matita / library / Q / q.ma
index 340154979777529f94387cd1c630c6234cf21ab5..af70c3b735411b41b188a9901deb9b0d4f18ee36 100644 (file)
 (*                                                                        *)
 (**************************************************************************)
 
-set "baseuri" "cic:/matita/Q/q".
-
 include "Z/compare.ma".
 include "Z/plus.ma".
+include "nat/factorization.ma".
 
 (* a fraction is a list of Z-coefficients for primes, in natural
 order. The last coefficient must eventually be different from 0 *)
@@ -25,6 +24,36 @@ inductive fraction : Set \def
 | nn: nat \to fraction
 | cons : Z \to fraction \to fraction.
 
+let rec fraction_of_nat_fact n ≝
+ match n with
+  [ nf_last m ⇒ pp m
+  | nf_cons m l ⇒ cons (Z_of_nat (S m)) (fraction_of_nat_fact l)
+  ].
+
+(* a fraction is integral if every coefficient is not negative *)
+let rec nat_fact_of_integral_fraction n ≝
+ match n with
+  [ pp n ⇒ nf_last n
+  | nn _ ⇒ nf_last O (* dummy value *)
+  | cons z l ⇒
+     match z with
+      [ OZ ⇒ nf_cons O (nat_fact_of_integral_fraction l)
+      | pos n ⇒ nf_cons n (nat_fact_of_integral_fraction l)
+      | neg n ⇒ nf_last O (* dummy value *)
+      ]
+  ].
+
+theorem nat_fact_of_integral_fraction_fraction_of_nat_fact:
+ ∀n. nat_fact_of_integral_fraction (fraction_of_nat_fact n) = n.
+ intro;
+ elim n;
+  [ reflexivity;
+  | simplify;
+    rewrite > H;
+    reflexivity
+  ]
+qed.
+
 inductive ratio : Set \def
       one :  ratio
     | frac : fraction \to ratio.
@@ -35,6 +64,93 @@ inductive Q : Set \def
   | Qpos : ratio  \to Q
   | Qneg : ratio  \to Q.
 
+definition Q_of_nat ≝
+ λn.
+  match factorize n with
+   [ nfa_zero ⇒ OQ
+   | nfa_one ⇒ Qpos one
+   | nfa_proper l ⇒ Qpos (frac (fraction_of_nat_fact l))
+   ].
+
+let rec enumerator_integral_fraction l ≝
+ match l with
+  [ pp n ⇒ Some ? l
+  | nn _ ⇒ None ?
+  | cons z r ⇒
+     match enumerator_integral_fraction r with
+      [ None ⇒
+         match z with
+          [ pos n ⇒ Some ? (pp n)
+          | _ ⇒ None ?
+          ]
+      | Some r' ⇒
+         Some ?
+          match z with
+           [ neg _ ⇒ cons OZ r'
+           | _ ⇒ cons z r'
+           ]
+       ]
+  ].
+
+let rec denominator_integral_fraction l ≝
+ match l with
+  [ pp _ ⇒ None ?
+  | nn n ⇒ Some ? (pp n)
+  | cons z r ⇒
+     match denominator_integral_fraction r with
+      [ None ⇒
+         match z with
+          [ neg n ⇒ Some ? (pp n)
+          | _ ⇒ None ?
+          ]
+      | Some r' ⇒
+         Some ?
+          match z with
+           [ pos _ ⇒ cons OZ r'
+           | neg m ⇒ cons (pos m) r'
+           | OZ ⇒ cons OZ r'
+           ]
+       ]
+  ].
+
+definition enumerator_of_fraction ≝
+ λq.
+  match q with
+   [ one ⇒ S O
+   | frac f ⇒
+      match enumerator_integral_fraction f with
+       [ None ⇒ S O
+       | Some l ⇒ defactorize_aux (nat_fact_of_integral_fraction l) O
+       ]
+   ].
+
+definition denominator_of_fraction ≝
+ λq.
+  match q with
+   [ one ⇒ S O
+   | frac f ⇒
+      match denominator_integral_fraction f with
+       [ None ⇒ S O
+       | Some l ⇒ defactorize_aux (nat_fact_of_integral_fraction l) O
+       ]
+   ].
+
+definition enumerator ≝
+ λq.
+  match q with
+   [ OQ ⇒ OZ
+   | Qpos r ⇒ pos (pred (enumerator_of_fraction r))
+   | Qneg r ⇒ neg(pred (enumerator_of_fraction r))
+   ].
+
+definition denominator ≝
+ λq.
+  match q with
+   [ OQ ⇒ S O
+   | Qpos r ⇒ denominator_of_fraction r
+   | Qneg r ⇒ denominator_of_fraction r
+   ].
+
 (* double elimination principles *)
 theorem fraction_elim2:
 \forall R:fraction \to fraction \to Prop.
@@ -199,122 +315,11 @@ intros.apply (fraction_elim2
   intros.simplify.unfold Not.intro.apply (not_eq_pp_cons m x f1).apply sym_eq. assumption.
   intros.simplify.unfold Not.intro.apply (not_eq_nn_cons m x f1).apply sym_eq. assumption.
   intros.
-   change in match (eqfb (cons x f1) (cons y g1)) 
-   with (andb (eqZb x y) (eqfb f1 g1)).
-    apply eqZb_elim.
+   simplify.
+   apply eqZb_elim.
       intro.generalize in match H.elim (eqfb f1 g1).
         simplify.apply eq_f2.assumption.
         apply H2.
       simplify.unfold Not.intro.apply H2.apply (eq_cons_to_eq2 x y).assumption.
       intro.simplify.unfold Not.intro.apply H1.apply (eq_cons_to_eq1 f1 g1).assumption.
 qed.
-
-let rec finv f \def
-  match f with
-  [ (pp n) \Rightarrow (nn n)
-  | (nn n) \Rightarrow (pp n)
-  | (cons x g) \Rightarrow (cons (Zopp x) (finv g))].
-
-definition Z_to_ratio :Z \to ratio \def
-\lambda x:Z. match x with
-[ OZ \Rightarrow one
-| (pos n) \Rightarrow frac (pp n)
-| (neg n) \Rightarrow frac (nn n)].
-
-let rec ftimes f g \def
-  match f with
-  [ (pp n) \Rightarrow 
-    match g with
-    [(pp m) \Rightarrow Z_to_ratio (pos n + pos m)
-    | (nn m) \Rightarrow Z_to_ratio (pos n + neg m)
-    | (cons y g1) \Rightarrow frac (cons (pos n + y) g1)]
-  | (nn n) \Rightarrow 
-    match g with
-    [(pp m) \Rightarrow Z_to_ratio (neg n + pos m)
-    | (nn m) \Rightarrow Z_to_ratio (neg n + neg m)
-    | (cons y g1) \Rightarrow frac (cons (neg n + y) g1)]
-  | (cons x f1) \Rightarrow
-    match g with
-    [ (pp m) \Rightarrow frac (cons (x + pos m) f1)
-    | (nn m) \Rightarrow frac (cons (x + neg m) f1)
-    | (cons y g1) \Rightarrow 
-      match ftimes f1 g1 with
-        [ one \Rightarrow Z_to_ratio (x + y)
-        | (frac h) \Rightarrow frac (cons (x + y) h)]]].
-        
-theorem symmetric2_ftimes: symmetric2 fraction ratio ftimes.
-unfold symmetric2. intros.apply (fraction_elim2 (\lambda f,g.ftimes f g = ftimes g f)).
-  intros.elim g.
-    change with (Z_to_ratio (pos n + pos n1) = Z_to_ratio (pos n1 + pos n)).
-     apply eq_f.apply sym_Zplus.
-    change with (Z_to_ratio (pos n + neg n1) = Z_to_ratio (neg n1 + pos n)).
-     apply eq_f.apply sym_Zplus.
-    change with (frac (cons (pos n + z) f) = frac (cons (z + pos n) f)).
-     rewrite < sym_Zplus.reflexivity.
-  intros.elim g.
-    change with (Z_to_ratio (neg n + pos n1) = Z_to_ratio (pos n1 + neg n)).
-     apply eq_f.apply sym_Zplus.
-    change with (Z_to_ratio (neg n + neg n1) = Z_to_ratio (neg n1 + neg n)).
-     apply eq_f.apply sym_Zplus.
-    change with (frac (cons (neg n + z) f) = frac (cons (z + neg n) f)).
-     rewrite < sym_Zplus.reflexivity.
-  intros.change with (frac (cons (x1 + pos m) f) = frac (cons (pos m + x1) f)).
-   rewrite < sym_Zplus.reflexivity.
-  intros.change with (frac (cons (x1 + neg m) f) = frac (cons (neg m + x1) f)).
-   rewrite < sym_Zplus.reflexivity.
-  intros.
-   change with 
-   (match ftimes f g with
-   [ one \Rightarrow Z_to_ratio (x1 + y1)
-   | (frac h) \Rightarrow frac (cons (x1 + y1) h)] =
-   match ftimes g f with
-   [ one \Rightarrow Z_to_ratio (y1 + x1)
-   | (frac h) \Rightarrow frac (cons (y1 + x1) h)]).
-    rewrite < H.rewrite < sym_Zplus.reflexivity.
-qed.
-
-theorem ftimes_finv : \forall f:fraction. ftimes f (finv f) = one.
-intro.elim f.
-  change with (Z_to_ratio (pos n + - (pos n)) = one).
-   rewrite > Zplus_Zopp.reflexivity.
-  change with (Z_to_ratio (neg n + - (neg n)) = one).
-   rewrite > Zplus_Zopp.reflexivity.
-(* again: we would need something to help finding the right change *)
-  change with 
-  (match ftimes f1 (finv f1) with
-  [ one \Rightarrow Z_to_ratio (z + - z)
-  | (frac h) \Rightarrow frac (cons (z + - z) h)] = one).
-  rewrite > H.rewrite > Zplus_Zopp.reflexivity.
-qed.
-
-definition rtimes : ratio \to ratio \to ratio \def
-\lambda r,s:ratio.
-  match r with
-  [one \Rightarrow s
-  | (frac f) \Rightarrow 
-      match s with 
-      [one \Rightarrow frac f
-      | (frac g) \Rightarrow ftimes f g]].
-
-theorem symmetric_rtimes : symmetric ratio rtimes.
-change with (\forall r,s:ratio. rtimes r s = rtimes s r).
-intros.
-elim r. elim s.
-reflexivity.
-reflexivity.
-elim s.
-reflexivity.
-simplify.apply symmetric2_ftimes.
-qed.
-
-definition rinv : ratio \to ratio \def
-\lambda r:ratio.
-  match r with
-  [one \Rightarrow one
-  | (frac f) \Rightarrow frac (finv f)].
-
-theorem rtimes_rinv: \forall r:ratio. rtimes r (rinv r) = one.
-intro.elim r.
-reflexivity.
-simplify.apply ftimes_finv.
-qed.