3X + 1問題,也被稱為考拉茲猜想、角谷猜想等,是數學領域一個著名的未解決問題,以下是關于它的介紹:
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問題表述
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對于任意一個正整數X,如果X是奇數,則將其變為3X + 1;如果X是偶數,則將其變為X/2。不斷重復這個過程,最終是否無論初始值X是多少,都會經過有限次變換后最終得到1。
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例如,取X = 5,它是奇數,進行3X + 1操作得到3×5 + 1=16;16是偶數,進行X/2操作得到16÷2 = 8,接著8÷2=4,4÷2=2,2÷2=1。
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數學形式化表示
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f(x)=x/2時,若 x為偶數;f(x)=3x + 1, 若 x為奇數。
然后對f(x)的結果不斷重復應用f,看是否最終會得到1。
?研究進展
?大量數值驗證:數學家們使用計算機對大量的正整數進行了驗證,截至目前,已經驗證到非常大的數字,都沒有發現反例。
??特殊情況研究:對一些特殊形式的數,如2^n型的數,很容易證明其最終會落入“1-4-2-1”循環。但對于一般的正整數,尚未找到通用的證明方法。
?盡管許多數學家進行了大量研究,但目前3X + 1問題仍然沒有被完全證明或證偽,它依然是數學領域中一個極具挑戰性的問題。
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這是一個真正的會下金蛋的母雞,肉很肥,而人們對它卻無可奈何!對它入手驗證極其容易,卻完成對它規律的論證卻極為困難!它會耗費研究者一生的時間,除其他收獲外對它一無所獲。我最后把它歸結為數的整除問題。具體介紹如下。
①把3X+1問題推廣到更一般的情況。
命題1,設一個正整數X,素數q(q≥3),若x能被小于q的素數所整除就整除它;若X不含有小于q的因子數,就用q乘它后再加1,變為qX+1。這樣反變運算(稱為qx+1變換),猜想最后結果為1。
當q=3時,命題1為3x+1猜想。
②命題2,若在3x+1變換下,任何一個正整數X總能化為小于它的一個整數,那么,3x+1猜想成立。
3x+1問題等價于
③命題3,設Rn=[nlog2^3]+1,Pn=3^(n-1)+3^(n-2)2^(r1)+…+3x2^(rt)+2^(t+1)。
其中,t=n-2,i≤ri<[ilog2^3]+1,符號[a]表取小數a的整數部分。log2^3≈1.585049是以2為底3的對數。那么,
(2^Rn-3^n)不整除Pn。
當(2^Rn-3^n)整除Pn時,3x+1猜想不成立。
命題3實質是將正整數X,在3x+1變換下第一次化為了小于X的正整數y,等式為:
(3^n)X+Pn=(2^Rn)y
如X=19,7x3+1=22,→22÷2=11,→11x3+1=34,→34÷2=17,→17x3+1=52,→52÷2^2=13,→13x3+1=40,→40÷2^3=5,(→5x3+1=16,16÷2^4=1)
R4=2^7,P4=3^3+3^2x2+3x2^2+2^4
7在3x+1變換下化為了小于7的5,有等式
(3^4)x7+P4=(2^7)x5,這時,
(2^7-3^4)不整除P4,
(2^7-3^4)=47,P4=73。(李擴繼)
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