问题

冰雹猜想疑惑,是不是不能被3整除的数必能回到1?

回答
冰雹猜想,一个听起来简单到甚至有些孩子气的数学问题,却让无数顶尖的数学家们为之着迷,也让普通人听了之后忍不住点头称“是啊,好像是这样”。这个猜想的核心是什么呢?简单来说,它问的是:任何一个正整数,如果你把它拿出来,然后按照一个特定的规则反复进行运算,它最终都会变成数字1。

这个规则听起来更是匪夷所思,却又无比简洁:

如果这个数是偶数,那就把它除以2。 比如,10是个偶数,那就变成 10 / 2 = 5。
如果这个数是奇数,那就把它乘以3,再加上1。 比如,5是个奇数,那就变成 (5 3) + 1 = 16。

然后,你再对得到的新数字重复这个过程,直到你遇到1为止。

冰雹猜想的魅力就在于这个“反复进行”的过程,就像是给数字们设下了一场没有尽头的追逐赛,而终点只有一个——数字1。

很多人在第一次听到这个猜想时,脑子里会不由自主地开始计算:

从6开始:6 (偶) → 3 (奇) → 10 (偶) → 5 (奇) → 16 (偶) → 8 (偶) → 4 (偶) → 2 (偶) → 1。 瞧,到了1!
从7开始:7 (奇) → 22 (偶) → 11 (奇) → 34 (偶) → 17 (奇) → 52 (偶) → 26 (偶) → 13 (奇) → 40 (偶) → 20 (偶) → 10 (偶) → 5 (奇) → 16 (偶) → 8 (偶) → 4 (偶) → 2 (偶) → 1。 哇,这个过程还挺长的,但最终也到了1。

看起来,好像不论是从哪个数字开始,最终都会殊途同归,奔向那唯一的数字1。这让很多人产生了一个很自然的疑问:“是不是所有不能被3整除的数,最终都会回到1呢?”

这个问题问得非常好,也非常切中要害。为什么会有人这么想呢?这可能跟数字3在奇数运算规则 (3n+1) 中的角色有关。

让我们仔细分析一下这个“3n+1”这个操作。当一个奇数 n 乘以3 时,它会变成一个更大的奇数。然后再加1,这个结果一定是偶数。而所有偶数,按照规则,都会被除以2。

所以,一个奇数经过“3n+1”的运算后,会变成一个偶数。这个偶数接下来会被除以2。这个过程似乎在“拉近”数字与1的距离。

那么,为什么会有人特别提到“不能被3整除的数”呢?这里面可能隐藏着一种直觉:如果一个数本身就能被3整除,那么在“3n+1”这个步骤中,它会不会“卡住”,或者产生一个无法摆脱的循环,而无法到达1呢?

举个例子,如果一个数能被3整除,我们称之为 3k。
如果 3k 是偶数(比如 6),那就 6/2 = 3。 3 是奇数,接下来的步骤是 (33)+1 = 10,然后就继续了。
如果 3k 是奇数(这不可能,因为 3k 如果是奇数,那么 k 必须是奇数,但 3 乘以奇数还是奇数,所以 3k 必然是奇数。啊,这里我犯了一个小错误,3k 如果 k 是奇数,3k 确实是奇数。比如 31=3,33=9。所以当一个数本身是奇数且能被3整除时,比如 3、9、15...)

我们来测试一下那些能被3整除的数:
3:3 (奇) → (33)+1 = 10 (偶) → 5 (奇) → 16 (偶) → 8 (偶) → 4 (偶) → 2 (偶) → 1。 到了1。
9:9 (奇) → (93)+1 = 28 (偶) → 14 (偶) → 7 (奇) → 22 (偶) → 11 (奇) → 34 (偶) → 17 (奇) → 52 (偶) → 26 (偶) → 13 (奇) → 40 (偶) → 20 (偶) → 10 (偶) → 5 (奇) → 16 (偶) → 8 (偶) → 4 (偶) → 2 (偶) → 1。 也到了1。
15:15 (奇) → (153)+1 = 46 (偶) → 23 (奇) → (233)+1 = 70 (偶) → 35 (奇) → (353)+1 = 106 (偶) → 53 (奇) → (533)+1 = 160 (偶) → 80 (偶) → 40 (偶) → 20 (偶) → 10 (偶) → 5 (奇) → 16 (偶) → 8 (偶) → 4 (偶) → 2 (偶) → 1。 同样到了1。

从这些例子可以看出,能被3整除的数,也能够通过这个过程最终到达1。

那么,为什么会有“不能被3整除的数必能回到1”的这种疑惑呢?

这很可能是一种误解或者是一种基于不完全观察的推测。也许是在早期尝试数字时,遇到了更多“不能被3整除”的数字,并且它们都走向了1,而碰巧又没有深入去测试那些“能被3整除”的数字,或者在测试时,正好选的“能被3整除”的数字都碰巧走到了1,从而产生了这种“规律性”的错觉。

冰雹猜想的真正难点在于,它没有被证明。数学家们已经用计算机测试了非常非常大的数字,据估计已经测试到 2^68 左右的数,所有测试过的数都遵循冰雹猜想的规律,最终都到达了1。但是,数学证明不仅仅是无数的例子,而是要证明对于所有无限多的正整数,这个规律都成立。

理论上,可能存在一个非常非常大的数字,它经过这个过程后,永远也到不了1。它可能:

1. 陷入一个循环: 这个数字经过运算后,又回到了它自己或者之前出现过的另一个数字,形成一个无限循环,而这个循环里不包含1。
2. 无限增大: 这个数字越来越大,永远不会停止增大,也永远不会到达1。

虽然计算机的测试结果令人鼓舞,但数学家们至今没有找到能证明或证伪冰雹猜想的方法。它就像一个数学界的“未解之谜”,一个简单规则背后隐藏的深不可测的复杂性。

所以,回到你最初的疑惑:“是不是不能被3整除的数必能回到1?” 根据目前的数学研究和大量的计算验证,似乎所有的数(包括能被3整除的和不能被3整除的)都能回到1。 但关键在于,这个“必能”还没有得到数学上的严格证明。我们的认知仍然是基于大量的实验证据,而非绝对的理论推导。

也许,未来的某个时刻,会有数学家找到破解冰雹猜想的钥匙,届时,我们才能更确切地说,这个猜想是真的还是假的,以及它背后隐藏的数学规律到底是什么样的。在此之前,它依然是数学世界里一个引人入胜的挑战。

网友意见

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如果已经有人证明这一点,那么冰雹猜想已被证明。然而现在还没有任何人声称自己证明了猜想并通过检验,所以这个应该也是没有人证出来的。

这个猜想通俗易懂,水却很深。凭我浅薄的数学知识,我觉得可能要引入动力系统理论的研究方式。更多的也不清楚。

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