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〖趣味数学〗3x+1猜想

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3x+1猜想(一)
最后是我们的主角“ 3x+1 猜想”。这是最有名气的数字黑洞。它的计算非常简单,从任何一个正整数开始,按照一个简单的运算模式:偶数除以 2 ,奇数乘以 3 再加 1 ,如此最终必然跌进 4 , 2 , 1 的循环。 

历史简介

3x+1 猜想的起源扑朔迷离。一种说法是,这个游戏大约起源于 20 世纪 30 年代,德国的汉堡大学的卡拉茨 (Collats,L.) ,在他研究数论函数是提出次问题,但未发表出来。也有另一种说法是二次大战前后,在美国的一个小镇首先出现并流行这个数字游戏。 

后来的历史大体清楚。到了 20 世纪 50 年代,借助于美国坎布里奇市召开的国际数学大会和一些数学家的,这个游戏得到传播,随后在美国和欧洲风靡一时。到了约 1960 年,日本数学家角古静夫将这个问题带到日本。 

角古静夫在回忆录中写道:“有一个时期,美国著名学府耶鲁大学的每一个人都在研究这个问题,但都没有任何结果。有人开玩笑说,它是敌人企图阻滞美国数学研究进展的一个大阴谋的组成部分。” 

这个游戏也有人称作角古猜想,在美国更多的称作冰雹猜想,是因为运算中数字忽大忽小,犹如冰雹产生时冰粒忽上忽下一般。实际上, 它还有希拉苏斯 (Sgrcuse) 问题、海色 (Hasse) 问题、乌拉姆 (Vlam) 问题等名称。

目前情况

人们对 3x+1 猜想作了很多研究,也作了无数次的验证。东京大学的米田信夫用计算机验证了 1 - 2^40( 约 1.2*10^12) 的所有整数,无一例外到达 4 , 2 , 1 循环。数学家们关于这个问题写了 20 来篇论文,但离解决还很遥远。 

1970 年以后,就陆续设立有关于解决这个问题的奖金, 

H.S.Coxefex 悬赏 50 美元 

P.Erdos 悬赏 500 美元 

B.Thwaifes 悬赏 1000 英镑 

这个游戏具有优秀猜想的条件:貌似极其简单,实则极其繁难。因此它必然风靡一时。直到今天,仍不断有人(包括中学生、大学生、或者教师)宣称自己用初等方法证明了 3x+1 猜想。一般说来,专家不会认真去看这些证明。因此对我们普通人来说,作为一个游戏可以玩玩,顶多在小的枝节上可以考虑一下,不要生出证明的企图。 

实际上 , 有人认为 ,3x+1 猜想将是费尔马大定理证明之后的下一个数学上的伟大成就 . 

  




1楼2006-08-08 15:52回复
    最终不可证明?!
     

    J. Conway (喜欢数学游戏的朋友可能会记起这个名字来,著名的生命游戏就是他发明的)在 1972 年考虑了 3x+1 问题的推广形式。他以一个素数 p 代替 3 ,提出了一个类似“归结到 1 ” 的猜想。他在论文中证明了,这个猜想在集合论公理系统中是不可证的。 

    这真是兜头一瓢冷水!

    可怜的数学家!他们经常自己造个钉子在那儿碰得头破血流。 

    但是我们完全不必为数学家们担心 . 数学家们最喜欢也最善于举一反三了 . 由一个问题 , 他们可以造出许多问题来 . 抽象再抽象 , 一般再一般,他们由此开辟了许多新的天地 , 得到许多新奇的结论 . 这个问题当然也不例外 .

    例如 3x+1 问题对负整数如何,相似的运算会产生什么现象 ? 于是发现了三个不同的循环: 

    1)-1 → -2 

    2)-5 → -14 → -7 → -20 → -10 

    3)-17 → -50 → -25 → -74 → -37 → -110 → -55 → -164 → -82 → -41 → -122 → -61 → -182 → -91 → -272 → -136 → -68 → -34 

    他们猜想,这就是所有的循环,而所有的负整数都会掉进其中一个里。

    又例如 5x+1 问题,也就是在奇数的情况下用 5x+1 来取代 3x+1 。 这一下又出来了好几个循环: 

    1)6 → 3 → 16 → 8 → 4 → 2 → 1 

    2)13 → 66 → 33 → 166 → 83 → 416 → 208 → 104 → 52 → 26 

    3)17 → 86 → 43 → 216 → 108 → 54 → 27 → 136 → 68 → 34 

    但是 7 起始的序列好象怎么也跑不到一个循环里去。

    还有人研究 3x-1 问题,甚至“反 3x+1 问题”。

    这些推广太多了。因此,就算 3x+1 问题终于被解决了,宣布命题为真或为假或不可证,看看所有这些变种,也够数学家们暂时再自娱自乐上几百年的了。


    2楼2006-08-08 15:53
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      图下不来.链接:
      http://qzc.zgz.cn/heidong5.htm


      3楼2006-08-08 15:54
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        • 60.216.135.*
        有趣的数


        4楼2007-01-05 09:21
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          谢谢


          5楼2007-01-05 17:03
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            • 220.195.185.*
            我想


            6楼2008-01-20 08:53
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              我想问一下 如果是4呢? 除以二加一 3?
              如果我理解有问题的话,那么
              如果是6呢?只除以二 3?


              = =我么明白什么意思


              7楼2008-07-15 23:14
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                • 219.140.176.*
                用二进制数证,会发现一些好玩的结果.


                8楼2009-04-18 11:38
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                  • 119.48.156.*
                  哈哈!
                       基础数学的基础!
                       因此是一道小学题!?


                  9楼2009-10-27 11:25
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                    • 219.132.38.*
                    这个数学真要命啊!


                    10楼2010-03-18 15:23
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                      数字冰雹猜想已经被巧妙地证明了!!!请关注http://mall.cnki.net/magazine/Article/SXYG201314090.htm(数字冰雹猜想的突破——《数学学习与研究》2013年14期)


                      11楼2013-10-07 21:45
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