3x+1猜想
所谓的3x+1猜想就是:任取一个自然数,如果它是偶数,我们就把它除以2,如果它是奇数,我们就把它乘3再加上1。在这样一个变换下,我们就得到了一个新的自然数。如果反复使用这个变换,我们就会得到一串自然数,猜想就是:反复进行上述运算后,最后结果为1。
基本信息
- 中文名
3x+1猜想
- 表达式
Xs+₁=(3Xs+1)/2ⁿ
- 提出者
西拉古斯大学
- 提出时间
二十世纪五十年代
- 应用学科
初等代数
- 内容
反复进行运算后、最后结果为1
介绍
比如说我们先取5,首先我们得到3*5+1=16,然后是16/2=8,接下去是4,2和1,由1我们又得到4,于是我们就陷在4→2→1这个循环中了。
再举个例子,最开始的数取7,我们得到下面的序列:
7→22→11→34→17→52→26→13→40→20→10→5→16→8→4→2→1
这次复杂了一点,但是最终还是陷在4→2→1这个循环中。
随便取一个其他的自然数,对它进行这一系列的变换,或迟或早,你总会掉到4→2→1这个循环中,或者说,你总会得到1。已经有人对所有小于100*2^50=112589990684262400的自然数进行验算,无一例外。
数学里还有吓人的"小题"。这样的"小题"理解起来非常容易,却让无数数学家大跌眼镜,怎么冥思苦想也不得其解。3x+1问题大概就是其中最著名而又最简单的一个。它简单到大概任何一个会除2和会乘3的人(比如说,没文化但是经常买菜的老奶奶)都能理解它的意思,但是困难得让数学家至今也没有找到好好对付它的方法。
问题由来
这个问题大约是在二十世纪五十年代被提出来的。在西方它常被称为西拉古斯(Syracuse)猜想,因为据说这个问题首先是在美国的西拉古斯大学被研究的;而在东方,这个问题由将它带到日本的日本数学家角谷静夫的名字命名,被称作角谷猜想。除此之外它还有着一大堆其他各种各样的名字,大概都和研究和传播它的数学家或者地点有关的:克拉兹(Collatz)问题,哈斯(Hasse)算法问题,乌拉姆(Ulam)问题等等。今天在数学文献里,大家就简单地把它称作"3x+1问题"。
角谷静夫在谈到这个猜想的历史时讲:"一个月里,耶鲁大学的所有人都着力于解决这个问题,毫无结果。同样的事情好象也在芝加哥大学发生了。有人猜想,这个问题是苏联克格勃的阴谋,目的是要阻碍美国数学的发展。"不过我对克格勃有如此远大的数学眼光表示怀疑。这种形式如此简单,解决起来却又如此困难的问题,实在是可遇而不可求。
数学家们已经发表了不少篇严肃的关于3x+1问题的数论论文,对这个问题进行了各方面的探讨,在后面我会对这些进展作一些介绍。可是这个问题的本身始终没有被解决,我们还是不知道,"到底是不是总会得到1?"
在1996年B. Thwaites悬赏1100英镑来解决这个问题。我写一下这个悬赏的文献:Thwaites, B. "Two Conjectures, or How to win £1100."Math.Gaz. 80, 35-36, 1996,好在大家万一证出来时知道跑哪里去领奖。看在钱大爷的份上,3x+1问题于是又多了个名字,叫Thwaites猜想。
公式
一,这是一个依照规则的迭代公式
:...........(1)
X是奇数,m是使得3X+1中的偶数析出并且抵消让整个分数成为奇数。这是一个迭代公式,如果
,就结束,如果是奇数,就代入公式继续进行,直到等于1为止。
证明这个猜想需要证明两点:
1,公式中X不会循环,就是
,s>1。