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Collatz猜想的一个等价转化及若干相关结论证明

2025-08-03吴拿达

韩山师范学院学报 2025年3期
关键词:奇数偶数正整数

洛塔尔·科拉茨(LotharCollatz)在1937年提出“Collatz猜想”(又常被称为“ 3x+1 ”猜想,但具体的出处和原始文献并没有被广泛确认或保存下来).这个猜想的内容是:给定任何一个正整数,若它是偶数则除以2,若它是奇数,则让它乘以3再加上1,按照这种规则不断的重复计算下去,最终会得到1.

例如从13开始,经过10步迭代后得到了数字1.具体如下:

1340(3*13+1=40)20(40/2=20)10(20/2=10)5(10/2=5)16(3*5+1=16) 8(16/2=8)4(8/2=4)2(4/2=2)1(2/2=1)

因为猜想的内容表述起来很简单,所以早期主要通过口头交流或者非正式的方式开始传播,到1970年代,随着计算机技术的发展,有人开始用计算机验算该问题,发现猜想从1一直到很大的整数都成立,该问题在数学界也变得广为人知.1985年数学家LagariasJC在文献[1]提到了Collatz的工作,并且较为全面讨论了直到1985年为止关于这一问题的研究进展.文献[1」也是当前许多研究4 3x+1 ”猜想的论文在介绍此猜想时常引用的最早期文献.

若 n 是奇数;对任意正整数 n ,定义若 n 是偶数.则上述猜想常可借助f表述如下,

Collatz猜想:对于任意正整数 n ,存在正整数 m ,使得

目前,数学家已利用计算机验算猜想对所有小于 268 的正整数都成立,但却仍未完全证明它.虽然直接攻克它很难,但是长期以来,学者们还是围绕它做了不少相关研究,这些研究大致可分三种类型.第一种类型就是给出接近的证明,例如文献[2]证明Collatz猜想对几乎所有的正整数都成立,这是陶哲轩于2019年在ArXiv上发表的结果,但他自己也承认把“几乎所有”变成“所有”还有巨大的鸿沟要跨越.第二种类型的工作是针对猜想的一些算法……

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