Решение во вложенном файле.
PS Третий пример не даёт нормального ответа. Упростил его по возможности и проверил вольфрамом, один из вариантов преобразования программы совпал с моим, но адекватных решений не нашёл и он. Возможно вы где-то ошиблись в условии.
