コラッズ予想
コラッズ予想とは【どんな正の整数も、偶数なら2で割り、奇数なら3倍して1を足す、この操作を繰り返せば、必ず最後は1になる】ということを証明する問題です。例えば数字Nは(A+B+C+。。。。。。。。。。。)で成り立っているとします、之を2で割るために次のように表現します。
(2×a乗+2×b乗+2のc乗。。。。。。+2の4乗+2の3乗+2の2乗+2の1乗+2の0乗)この中に(2の0乗)があれば奇数、なければ偶数ということです。
コラッズ予想では奇数nに奇数3を掛けて奇数のまま奇数の1を足すので偶数になります、偶数は必ず2で割れます、その割った結果が奇数になる場合と偶数になる場合がありますが、偶数であればまた割れますし、奇数であれば3n+1にし偶数にします。これを繰り返すことで最終的に1になるかどうかを確認します。
重要なのは偶数と奇数の計算です、それで奇数と偶数との計算に関して述べますと
偶数+偶数=偶数
奇数+奇数=偶数
奇数+偶数=奇数
奇数を偶数回足せば偶数になりますが
奇数を奇数回足せば奇数です
偶数は何回掛けても偶数です
奇数×偶数=偶数、
奇数×奇数=奇数、
偶数×偶数は偶数、
奇数が幾らあっても、偶数を1つかければ偶数になります。
更に偶数を2で割ると割れるし、割った結果が偶数か奇数になります。
奇数は割れないので3n+1にします。
【3n+1にする計算について】
例えば以下の数字に(3n+1)を適用し、2で割り続けると1になります。
5(5×3+1=16、16÷2÷2÷2÷=1)
21(21×3+1=64 64÷2÷2÷2÷2÷2÷2=1)
85(85×3+1=256 256÷2÷2÷2÷2÷2÷2÷2÷2=1)
これらの数字を式に表すと次のようになります;【y=1+4+4の2乗+4の3乗+4の4乗‥・・・4の9乗】この式の(y)に(3n+1)を適用し2で割り続けると1になります。私はこれを(yの規定)と呼んでいます。
更に次のような式も見つけました(w=13+10×4¹⁺10×4²・・・・10×4⁹)このwに(3n+1)を適用し、2で割り続けると最後は5になります。5に(3×5+1)を適用すると16となり、2で割り続けると1になります。
(まとめ)
コラッズ予想の(3n+1)をn=(奇数+偶数)にして計算する方法について、いろいろ組み立てて試してみました。奇数(n)は様々な組み合わせが成り立つことが分かりました。
色々な計算を試してみます。
計算方法
1.3n+1の計算
2.偶数+1の計算
3.yの規定による計算
4.奇数+偶数ランダム計算
数字27での計算例
1.27
3n+1:.(27×3+1=82)
偶数+1:(2×13+1)×3+1=82
yの規定:(21+6)×3+1=64+18=82
奇数+偶数ランダム:(13+14)×3+1==40+42=82
すべて数字82、2で割ると41。
2.41
3n+1:(41×3+1)=124
偶数+1:(2×20+1)×3+1=124
yの規定:(21+20)×3+1=64+60=124
奇数+偶数ランダム:(20+21)×3+1=60+64=124
すべて124、4で割ると31、
3.31
3n+1:(31×3+1=94)
偶数+1:(2×15+1)×3+1=94
yの規定:(21+10)×3+1=64+30=94
奇数+偶数ランダム:(25+6)×3+1=76+18=94
すべて94。2で割ると47
4.47
3n+1:(47×3+1=142)
偶数+1:(2×23+1)×3+1=138+4=142
yの規定:(21+26)×3+1=64+78=142
奇数+偶数ランダム:(20+27)×3+1=(60+82)=142
全て142、2で割ると71
5.71
3n+1:(71×3+1=214)
偶数+1:(2×35+1)×3+1=(2×105+4)=214
yの規定:(21+50)×3+1=(64+150)=214
奇数+偶数ランダム:(31+40)×3+1=94+120=214
全て214。2で割ると107
6.107
3n+1(107×3+1=322)
偶数+1:(2×53+1)×3+1=(2×159+4)=322
yの規定:(85+22)×3+1=256+66=322
奇数+偶数ランダム:(57+50)×3+1=(172+150)=322
全て322。2で割ると161
7.161
3n+1:(161×3+1=484)
偶数+1:(2×80+1)×3+1=(2×240+4)=484
yの規定:(85+76)×3+1=256+228=484
奇数+偶数ランダム:(80+81)×3+1=240+244=484
全て484 4で割りますと121。
8.121
3n+1:(121×3+1=364)
偶数+1:(2×60+1)×3+1
yの規定:(85+36)×3+1=256+108=364
奇数+偶数ランダム:(60+61)×3+1=180+184=364
全て364。4で割ると91
9.91
3n+1:(91×3+1=274)
偶数+1:(2×45+1)×3+1=(2×135+1)=274
yの規定:(85+6)×3+1=(256+18)=274
奇数+偶数ランダム:(45+46)×3+1=136+138=274
全て274。2で割ると137
10.137(10)137×3+1=412
偶数+1の計算(2×68+1)×3+1=(2×204+4)=412
yの規定による計算(85+52)×3+1=(256+156)=412
奇数+偶数ランダム計算(68+69)=(204+208)=412
全て412。4で割ると103。
11.103
3n+1:103×3+1=310
偶数+1:(2かける51+1)×3+1=(2×153+4)=310
yの規定:(85+18)×3+1=(256+54)=310
奇数+偶数ランダム:(51+52)×3+1=154+156=310
全て310。2で割ると155。
12.155
3n+1:155×3+1=466
偶数+1:(2×77+1)×3+1=(2×231+4)=466
yの規定:(85+70)×3+1=(256+210)=466
奇数+偶数ランダム:(80+75)×3+1=240+226=466
全て466。2で割ると233。
13.233
3n+1:233×3+1=700
偶数+1:(2×116+1)×3+1=(2×348+4)=700
yの規定:(85+148)×3+1=256+444=700
奇数+偶数ランダム:(110+123)×3+1=330+370=700
全て700。4で割ると175。
14.175
3n+1:175×3+1=526
偶数+1:(2×87+1)×3+1=(2×261+4)=526
yの規定:(85+90)×3+1=(256+270)=526
奇数+偶数ランダム:(80+95)×3+1=240+286=526
全て526。2で割ると263。
15.263
3n+1:263×3+1=790
偶数+1:(2×131+1)×3+1=(2×393+4)=790
yの規定:(85+178)×3+1=256+534=790
奇数+偶数ランダム:(130+133)×3+1=390+400=790
全て790。2で割ると395
16.395
3n+1:395×3+1=1186
偶数+1:(2×197+1)=(2×591+4)=1186
yの規定:(341+54)×3+1=1024+162=1186
奇数+偶数ランダム:(200+195)×3+1=600+586=1186
全て1186。2で割ると593
17.593
3n+1:593×3+1=1780
偶数+1:(2×296+1)×3+1 =1776+4=1780
yの規定:(341+252)×3+1=1024+756=1780
奇数+偶数ランダム:(300+293)×3+1=(900+880)=1780
全て1780 4で割ると445
18.445
3n+1:445×3+1=1336
偶数+1:(2×222+1)×3+1=(2×666+4)=1336
yの規定:(341+104)×3+1=1024+312=1336
奇数+偶数ランダム:(200+245)×3+1=600+736=1336
全て1336。8で割ると167
19.167
3n+1:167×3+1=502
偶数+1:(2×83+1)×3+1=【2×249+4】=502
yの規定:(85+82+1)×3+1=256+246=502
奇数+偶数ランダム:(80+87)×3+1=240+262=502
全て502。2で割ると251
20.251
3n+1:251×3+1=754
偶数+1:(2×125+1)×3+1=(2×375)+4=754
yの規定:(85+166)×3+1=256+498=754
奇数+偶数ランダム:(100+151)×3+1=300+454=754
全て754、2で割ると377。
21.377
3n+1:377×3+1=1132
偶数+1:(2×188+1)×3+1=(2×564)+4=1132
yの規定:(341+36)×3+1=(1024+108)=1132
奇数+偶数ランダム(200+177)×3+1=600+532=1132
全て1132。4でわると283。
22.283
3n+1:283×3+1=850
偶数+1:(2×141+1)×3+1=(2×423+4)=850
yの規定:(85+198)×3+1=256+594=850
奇数+偶数ランダム:(150+133)×3+1=450+400=850
全て850。2で割ると425
23.425
3n+1:425×3+1=1276
偶数+1:(2×212+1)×3+1=(2×636+4)=1276
yの規定:(341+84)×3+1=(1024+252)=1276
奇数+偶数ランダム:(200+225)×3+1=600+676=1276
全て1276。4で割ると319
24.319
3n+1:319×3+1=958
偶数+1:(2×159+1)×3+1=(2×477+4)=958
yの規定:(85+234)×3+1=256+702=958
奇数+偶数ランダム:(160+159)×3+1=480+478=958
全て956。2で割ると479
25.479
3n+1:479×3+1=1438
偶数+1:(2×239+1)×3+1=(2×717+4)=1434+4=1438
yの規定:(341+138)×3+1=1024+414=1438
奇数+偶数ランダム:(200+279)×3+1=600+838=1438
全て1438。2で割ると719
26.719
3n+1:719×3+1=2158
偶数+1:(2×359+1)×3+1=(2×1077+4)=2154+4=2158
yの規定:(341+378)×3+1=1024+1134=2158
奇数+偶数ランダム:(300+419)×3+1=900+1258=2158
全て2158。2で割ると1079
27.1079
3n+1:1079×3+1=3238
偶数+1:(2×539+1)×3+1=(2×1617+4)=(3234+4)=3238
yの規定:(341+738)×3+1=1024+2214=3238
奇数+偶数ランダム:(500+579)×3+1=(1500+1738)=3238
全て3238。2で割ると1619
28.1619
3n+1:1619×3+1=4858
偶数+1:(2×809+1)×3+1=2×2427+4=4854+4=4858
yの規定:(1365+254)×3+1=4096+762=4858
奇数+偶数ランダム:(1000+619)×3+1=3000+1858=4858
全て4858。2で割ると2429
29.2429
3n+1:2429×3+1=7288
偶数+1:(2×1214+1)×3+1=(2×3642+4)=7288
yの規定:(1365+1064)×3+1=4096+3192=7288
奇数+偶数ランダム:(1500+929)×3+1=4500+2788=7288
全て7288。8で割ると911
30.911
3n+1:911×3+1=2734
偶数+1:(2×455+1)×3+1=(2×1365)+4=2730+4=2734
yの規定:(341+570)×3+1=1024+1710=2734
奇数+偶数ランダム:(500+411)×3+1=1500+1234=2734
全て2734。2で割ると1367
31.1367
3n+1:1367×3+1=4102
偶数+1:(2×683+1)×3+1=(2×2049+4)=4098+4=4102
yの規定:(1365+2)×3+1=4096+6=4102
奇数+偶数ランダム:(700+667)×3+1=2100+2002=4102
全て4102。2で割ると2051
32.2051
3n+1:2051×3+1=6154
偶数+1:(2×1025+1)×3+1=(2×3075+4)=6164
yの規定:(1365+686)×3+1=4096+2058=6154
奇数+偶数ランダム:(1000+1051)×3+1=3000+3154=6154
全て6154。2で割ると3077
33.3077
3n+1:3077×3+1=9232
偶数+1:(2×1538+1)×3+1=(2×4614+4)=6232
yの規定:(1365+1712)×3+1=4096+5136=9232
奇数+偶数ランダム:(2000+1077)×3+1=6000+3232=9232
全て9232。16で割ると577
34.577
3n+1:577×3+1=1732
偶数+1:(2×288+1)×3+1=(2×864+4)=1732
yの規定:(341+236)×3+1=1024+708=1732
奇数+偶数ランダム:(300+277)×3+1=900+832=1732
全て1732。4で割ると433
35.433
3n+1:433×3+1=1300
偶数+1:(2×216+1)×3+1=2×648+4=1300
yの規定:(341+92)×3+1=1024+276=1300
奇数+偶数ランダム¥:(200+233)×3+1=600+700=1300
全て1300 4で割ると325です。
36.325
3n+1:325×3+1=976
偶数+1:(2×162+1)×3+1=(2×486+4)=976
yの規定:(85+240)×3+1=256+720=976
奇数+偶数ランダム:(200+125×3+1=600+376=976
全て976。16で割ると61
37.61
3n+1:61×3+1=184
偶数+1:(2×30+1)×3+1==2×90+4=184
yの規定:(21+40)×3+1=64+120=184
奇数+偶数ランダム:(30+31)×3+1=90+94=184
全て184。8で割ると23
38.23
3n+1:23×3+1=70
偶数+1:(2×11+1)×3+1=2×33+4=70
yの規定:(21+2)×3+1=64+6=70
奇数+偶数ランダム:(10+13)×3+1=30+40=70
全て70。2で割ると35
39.35
3n+1:35×3+1=106
偶数+1:(2×17+1)×3+1=(2×51+4)=106
yの規定:(21+14)×3+1=64+42=106
全て106。2で割ると53。
40.53
3n+1:53×3+1=160
偶数+1:(2×26+1)×3+1=2×78+4=160
yの規定:(21+32×3+1=64+96=160
奇数+偶数ランダム:(20+33)×3+1=60+100=160
全て160、32で割ると5
41.5
3n+1:5×3+1=16
16になりました。16で割ると1
この様に各ステップで異なる計算方法を使っても同じ結果が得られることが確認できます3n+1はnを奇数だろうが偶数だろうがそれが多かろうが少なかろうが、いろいろ組み込んでも合計が奇数であればそのnは奇数として認められ、それ計算したら、単純に3n+1にした数と同じになる。
(コラッズ予想に関する数式の成り立ちについて考察します。)
奇数に奇数をかけると奇数になりますが奇数でも5かけないと数字の下1桁が5になりません。他の奇数を掛け合わせると1,3,7,9が出ます。奇数と偶数、偶数と偶数をかけると2,4,6,8が出ますが0は出ません。従って、0と5は特別な数字だと考えられます。
ここで(5×2の0乗)について述べます。(5×2の0乗)は(2の2乗+2の0乗】です。
(5×2の0乗)の2の0乗は0ではなく1です。従って(5×2の0乗)は(5×1)になります。勿論(5×2の1乗)は10です。
そうしてもう一つ付け加えると(2のa+1乗+2のa-1乗)=2のa乗ではないのです。なぜならaに1を代入すると(2の1+1乗+2の1-1乗)=(2の2乗+2の0乗)=5となります。2の1乗は2なのです。これは理解しておいてください。
数字Nは(2×a乗+2×b乗+2のc乗。。。。。。+2の4乗+2の3乗+2の2乗+2の1乗+2の0乗)で成り立っていますが、コラッズ予想は2進歩の変則で、一般の数字は10進歩で表されます。従って10進歩と2進歩が一致しなければコラッズ予想は成り立ちません。
コラッズ予想では(3n+1)にして2で割っています。これをもとに(5×2の2乗+5×2の1乗)を基礎にして、それを2で割れるように数字を組み立ててXを作ります。
又3n+1を繰り返すと数字が大きくなるので2で割る回数を増やす為(5×2の2乗+5×2の1乗)×2y乗にした数を基礎として使います。
数字(X)を次のように定義します。
X=《(5×2の2乗+5×2の1乗)×2のa乗》+《(5×2の2乗+5×2の1乗)×2のb乗》+《(5×2の2乗+5×2の1乗)×2のc乗》+《(5×2の2乗+5×2の1乗)×2のd乗》+《(5×2の2乗+5×2の1乗)×2のe乗》+・・・・・・・・・・+《(5×2の2乗+5×2の1乗)×2の5乗》+《(5×2の2乗+5×2の1乗)×2の4乗》+《(5×2の2乗+5×2の1乗)×2の3乗》+《(5×2の2乗+5×2の1乗)×2の2乗》+《(5×2の2乗+5×2の1乗)×2の1乗》+《5×2の2乗+5×2の1乗》、ここでn-XをAとします、Aは1から29までの奇数で構成されています、
重要なのは(X)が【(5×2の2乗+5×2の1乗)×2y乗】の形であれば末尾の項が(5×2の1乗+5×2の0乗)になるまで2で割り続けることが出来るという点です。
そうして末尾の項が(5×2の1乗+5×2の0乗)になったら、それを3倍すると必ず(5×2の2乗+5×2の1乗)+(5×2の1乗+5×2の0乗)になります。この(5×2の2乗+5×2の1乗)を、Xに組み込めば再び【(5×2の2乗+5×2の1乗)×2y乗】の形に戻ります。
この様にして、(A)が1から29の範囲で変動しますが、(A)を(3A+1)にすると2の2乗で割れる数が多くなります。
要するに、奇数Nは様々な方法で組み立てられます。例えば、奇数(N)が27の場合次のように表せます。(2+2+2+2+2+2+2+2+2+2+2+2+2+1)とか(13+13+1)とかこれらの数字をすべて足して27になれば、それを3n+1に計算することができます。例えば。27を(13+13+1)に置き換えると、同じ数字の奇数に+1、することができます。また29の場合は(14+14+1)にすることができます。この様に同じ数字の偶数+偶数+1や奇数+奇数+1の場合、計算がしやすくなり、3n+1にした場合2で割る回数より4で割る回数が多くなるため、最終的に1に収束することが見えてきます。
(結論)
結論としてコラッズ予想が正しいかどうかを説明します。
奇数N=N-1でこれを2等分した数で表すことができます、例えば、(N=27)は=(13+13+1)とか(100=50+50+1)のように(N)は偶数+偶数+1とか、奇数+奇数+1で表せます。
偶数+偶数+1の場合之を3n+1にすると偶数+偶数+4となります。
偶数+偶数+4の場合は偶数+2+偶数+2にして、これ2で割ると偶数+2となり、偶数+2は偶数だからもう一度2で割れる。
奇数+奇数+1の場合之を3n+1にすると奇数+奇数+4となる
奇数+奇数+4の場合は奇数+2+奇数+2となりこれを2で割ると奇数+2となる
この奇数+2を奇数+1+1にすると偶数+1の奇数になる
この偶数+1は偶数+偶数+1か奇数+奇数+1の変換できる。これでコラッズ予想の計算は続けられる。
この偶数+1は偶数+偶数+1か奇数+奇数+1の変換できますが、偶数+偶数+1になるには偶数+偶数が4の累乗以上の累乗で割れなければなりません。
例えば14+14=28÷4=7など偶数が4で割れる数であること条件です。
数が増えるときは奇数+奇数+1でなければならず、奇数+奇数+1を3n+1にすると奇数+奇数+4=奇数+1+奇数+1+2=偶数+偶数+2÷2=偶数+1=奇数となります。
この場合偶数が4以上の累乗で割れることで数が減り、2で割れるもので数が減ることになります。それ以外は奇数が来てこの式には当てはまりません。
2で割れるものの数は2,4,6,8,10,12,16,18,20であるが4で割る数は4,8,12,16、20、4で割れるものが2で割れるものの半分あり、2で割る限りその半分は4で割れることとなり、2のみで割れるものは1/2です。従って2で割ると(3n+1)を2で割ると1+1/2n+1/2であるが2で割るのは(3n+1)にして2で1回しか割れないのは半分で他は2回以上われます。n+1/2n+1/2を2で割ると1/2n+1/4n+1/4となります。
偶数+偶数+4の場合は偶数+2+偶数+2にして、これ2で割ると偶数+2となり、偶数+2は偶数だからもう一度2で割れる。だから(3n+1)にして2で1回しか割れないのが出る割りあいは少なく何回も割れるので(3n+1)する度に数が増えることはなく、段々と数は減っていき最後は1となる。
それを27と1001で試算してみます。まず27から27=13+13+1=39+39+4=41+41=41=20+20+1=60+60+4=62+62=62=31=15+15+1=45+45+4=47+47=47=23+23+1=69+69+4=71+71=71==35+35+1=105+105+4=107+107=107=53+53+1=159+159+4=161+161=161=80+80+1=240+240+4=242+242=242=121=60+60+1=180+180+4=182+182=182=91=45+45+1=135+135+4=137+137=137=68+68+1=204+204+4=206+206=206=103=51+51+1=153+153+4=155+155=155=77+77+1=231+231+4=233+233=233=116+116+1=348+348+4=87+87+1=261+261+4=263+263=131+131+1=393+393+4=395+395=395=197+197+1=591+591+4=593+593=296+296+1=890+890=890=445=222+222+1=668+668=668=167=83+83+1=249+249+4=251+251=251=125+125+1=375+375+4=377+377=377=188+188+1=564+564+4=566+566=566=283=141+141+1=423+423+4=425+425=425=212+212+1=636+636+4=638+638=638=319=159+159+1=477+477+4=479+479=479=239+239+1=717+717+4=719+719=719=359+359+1=1077+1077+4=1079+1079=1079=539+539+1=1617+1617+4=1619+1619=1619=809+809+1=2427+2427+4=2429+2429=2429=1214+1214+1=3642+3642+4=3644+3644=3644=911=455+455+1=1365+1365+4=1367+1367=1367=683+683=683=341+341+1=1023+1023+4=1025+1025=1025=512+512+1=1536+1536+4=1538+1538=1538=769=384+384+1=1152+1152+4=1154+1154=1154
=577=288+288+1=864+864+4=866+866=866=433=216+216+1=648+648+4=650+650=650=325=162+162+1=486+486+4=488+488=488=61=30+30+1=90+90+4=92+92=92=23=11+11+1=33+33+4=35+35=35=17+17+1=51+51+4=
53+53=53=26+26+1=78+78+4=80+80=80=5=2+2+1=6+6+4=16‘=1
1001=500+500+1=1500+1500+4=1502+1502=1502=751=375+375+1=1125+1125+4=1127+1127=1127=563+563+1=1689+1689+4=1691+1691=1691=845+845+1=2535+2535+4=2537+2537=2537=1268+1268+1=3804+3804+4=3806+3806=3806=1903=951+951+1=2853+2853+4=2855+2855=2855=1427+1427+1=4281+4281+4=4283+4283=4283=2141+2141+1=6423+6423+4=6425+6425=6425=3212+3212+1=9636+9636+4=9638+9638=9638=4819=2409+2409+1=7227+7227+4=7229+7229=7229=3614+3614+1=10842+10842+4=10844+10844=10844=2711=1355+1355+1=4065+4065+4=4067+4067=4067=2033+2033+1=6099+6099+4=6071+6071=6071=3035+3035+1=9105+9105+4=9107+9107=9107=4553+4553+1=13659+13659+4=13661+13661=13661=6830+6830+1=20490+20490+4=20492+20492=20492=5123=2561+2561+1=7683+7683+4=7685+7685=7685=3842+3842+1=11526+11526+4=11528+11528=11528=1441=720+720+1=2160+2160+4=2162+2162=2162=1081=540+540+1=1620+1620+4=1622+1622=1622=811=405+405+1=1215+1215+4=1217+1217=1217=608+608+4=610+610=610=305=152+152+1=456+456+4=456+456=456=
57=28+28+1=84+84+4=86+86=86=43=21+21+1=63+63+4=65+65=65=32+32+1=96+96+4=98+98=98=49=24+24+1=72+72+4=74+74=74=37=18+18+1=54+54+4=56+56=56=7=3+3+1=9+9+4=11+11=11=5+5+1=15+15+4=17+17=17=8+8+1=24+24+4=26+26=26=13=6+6+1=18+18+4=20+20=20=5=16=1
以上最後は1になりコラッズ予想は正しい事を証明出来ました。
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