考拉兹猜想

未解决的数学问题对所有正整数,如果它是奇数,则对它乘3再加1,如果它是偶数,则对它除以2,如此循环,最终都能够得到1。 Question mark2.svg

考拉兹猜想(英语:Collatz conjecture),又称为奇偶归一猜想3n+1猜想冰雹猜想角谷猜想哈塞猜想乌拉姆猜想叙拉古猜想,是指对于每一个正整数,如果它是奇数,则对它乘3再加1,如果它是偶数,则对它除以2,如此循环,最终都能够得到1。

例子

取一个正整数:

  •   = 6,根据上述数式,得出序列6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1。(步骤中最高的数是16,共有8个步骤)
  •   = 11,根据上述数式,得出序列11, 34, 17, 52, 26, 13, 40, 20, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1。(步骤中最高的数是52,共有14个步骤)
  •   = 27,根据上述数式,得出序列 {27, 82, 41, 124, 62, 31, 94, 47, 142, 71, 214, 107, 322, 161, 484, 242, 121, 364, 182, 91, 274, 137, 412, 206, 103, 310, 155, 466, 233, 700, 350, 175, 526, 263, 790, 395, 1186, 593, 1780, 890, 445, 1336, 668, 334, 167, 502, 251, 754, 377, 1132, 566, 283, 850, 425, 1276, 638, 319, 958, 479, 1438, 719, 2158, 1079, 3238, 1619, 4858, 2429, 7288, 3644, 1822, 911, 2734, 1367, 4102, 2051, 6154, 3077, 9232, 4616, 2308, 1154, 577, 1732, 866, 433, 1300, 650, 325, 976, 488, 244, 122, 61, 184, 92, 46, 23, 70, 35, 106, 53, 160, 80, 40, 20, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1}(步骤中最高的数是9232,共有111个步骤)

奇偶归一猜想称,任何正整数,经过上述计算步骤后,最终都会得到1。

 
 =27时的序列分布(横轴-步数;纵轴-运算结果)

数目少于1万的,有着最高步骤数的是6171,共有261个步骤;数目少于10万的,有着最高步骤数的是77031,共有350个步骤;数目少于100万的,有着最高步骤数的是837799,共有524个步骤;数目少于1亿的,有着最高步骤数的是63728127,共有949个步骤;数目少于10亿的,有着最高步骤数的是670617279,共有986个步骤。

研究历史

在1930年代,德国汉堡大学的学生洛萨·考拉兹英语Lothar Collatz曾经研究过这个猜想。在1960年,角谷静夫英语Shizuo Kakutani也研究过这个猜想。但这猜想到目前,仍没有任何进展。

保罗·艾狄胥就曾称,数学上尚未为此类问题提供答案。他并称会替找出答案的人奖赏500元。

目前已经有分布式计算在进行验证。到2020年,已验证正整数 ,也仍未有找到例外的情况。但是这并不能够证明对于任何大小的数,这猜想都能成立。

有的数学家认为,该猜想任何程度的解决都是现代数学的一大进步,将开辟全新的领域。目前也有部分数学家和数学爱好者,在进行关于“负数的 ”、“ ”、“ ”等种种考拉兹猜想的变化形命题的研究。

2019年12月,陶哲轩证明只要 是一个趋于正无穷的实数列,那么几乎对所有的正整数 (在对数密度意义下) ,有 [1][2]

参考资料

  1. ^ Kevin Hartnett. Mathematician Proves Huge Result on ‘Dangerous’ Problem. Quantamagazine. 2019-12-11 [2019-12-16]. (原始内容存档于2020-06-18). 
  2. ^ Terence Tao. Almost all orbits of the Collatz map attain almost bounded values. arXiv. 2019-09-13 [2019-12-16]. (原始内容存档于2021-04-17). 

相关条目

外部链接