Русская Википедия:Гипотеза Коллатца

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Файл:Collatz5.svg
График последовательности для числа 27

Гипо́теза Ко́ллатца (3n+1 диле́мма, сираку́зская пробле́ма) — одна из нерешённых проблем математики. Получила широкую известность благодаря простоте формулировки. Названа по имени немецкого математика Лотара Коллатца, сформулировавшего эту задачу 1 июля 1932 года[1].

Формулировка

Файл:Collatz-graph-50-no27.svg
Последовательности для всех нечётных чисел от 1 до 49 включительно (кроме чисел 27, 31, 41, 47). Чётные числа в последовательности опущены

Для объяснения сути гипотезы рассмотрим следующую последовательность чисел, называемую сираку́зской после́довательностью. Берём любое натуральное число n. Если оно чётное, то делим его на 2, а если нечётное, то умножаем на 3 и прибавляем 1 (получаем 3n + 1). Над полученным числом выполняем те же самые действия, и так далее.

Гипотеза Коллатца заключается в том, что какое бы начальное число n мы ни взяли, рано или поздно мы получим единицуШаблон:Sfn.

Примеры

Например, для числа 3 получаем:

3 — нечётное, 3×3 + 1 = 10
10 — чётное, 10:2 = 5
5 — нечётное, 5×3 + 1 = 16
16 — чётное, 16:2 = 8
8 — чётное, 8:2 = 4
4 — чётное, 4:2 = 2
2 — чётное, 2:2 = 1
1 — нечётное.

Последовательность, начинающаяся числом 19, приходит к единице уже за двадцать шагов:

19, 58, 29, 88, 44, 22, 11, 34, 17, 52, 26, 13, 40, 20, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1, …

Для числа 27 получаем:

27, 82, 41, 124, 62, 31, 94, 47, 142, 71, 214, 107, 322, 161, 484, 242, 121, 364, 182, 91, 274, 137, 412, 206, 103, 310, 155, 466, 233, 700, 350, 175, 526, 263, 790, 395, 1186, 593, 1780, 890, 445, 1336, 668, 334, 167, 502, 251, 754, 377, 1132, 566, 283, 850, 425, 1276, 638, 319, 958, 479, 1438, 719, 2158, 1079, 3238, 1619, 4858, 2429, 7288, 3644, 1822, 911, 2734, 1367, 4102, 2051, 6154, 3077, 9232, 4616, 2308, 1154, 577, 1732, 866, 433, 1300, 650, 325, 976, 488, 244, 122, 61, 184, 92, 46, 23, 70, 35, 106, 53, 160, 80, 40, 20, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1

Жирным выделены нечётные числа.

Последовательность пришла к единице только через 111 шагов, достигнув в пи́ке значения 9232.

Чи́сла-гра́дины — также распространённое название для совокупности рассмотренных последовательностей. Такое название возникло из-за того, что графики последовательностей (см. иллюстрацию) похожи на траектории движения градин в атмосфере.

Проект «Collatz Conjecture»

В августе 2009 года на платформе BOINC был запущен проект добровольных распределённых вычислений «Collatz Conjecture»[2], целью которого является проверка гипотезы Коллатца на больших числах. Вычислительный модуль проекта может использовать вычислительные мощности современных видеокарт.

Кроме проекта Collatz Conjecture, с августа 2017 года поиском решения этой проблемы стал также заниматься проект распределённых вычислений yoyo@home[3].

По состоянию на июль 2023 года проверены все натуральные числа до 10¹⁰⁰ (десять в сотой степени), и каждое из них продемонстрировало соответствие гипотезе Коллатца.

Реализация на языках программирования

Python: 

maxnum = 0
num = int(input("Введите число: "))
while num != 1:
	if num % 2 == 0:
		num /= 2
	else:
		num = num*3 + 1
	print(num)
	maxnum = max(maxnum, num)
print("Пик:", maxnum)

См. также

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Ссылки

Шаблон:Перевести

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ P. Winkler, Mathematical Puzzles: A connoisseur’s collection (A K Peters, 2004, ISBN 978-1-56881-201-4)
  2. ↑ Официальный сайт проекта «Collatz Conjecture» Шаблон:Wayback.
  3. ↑ Сайт проекта «yoyo@home» Шаблон:Wayback.
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Гипотеза_Коллатца&oldid=9555130