コラッツ予想がとけたらいいな その2
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>>1へ
とりあえず前786さんにも見ていただきたいのですが、
前見たく出力結果をgithubにあげていただけませんか？
とりあえずn=10位がいいかなぁ あるビット列xに対し対応するコラッツ展開を持つ数を昇順にならべたものを[a_1,a_2,,,,a_2n]
とすると
x+'0'に対応するコラッツ展開をもつ数は[a_1,a_3,a_5,,,a_(2n-1)]
x+'1'に対応するコラッツ展開を持つ数は[a_2,a_4,a_6,,,a_2n]
になる？ いや、ちょっとちがうな。
でも添え字が偶数のものと奇数のものに分かれるのは言えそう。 >>552
ありがとうございます。
前７８６さんもぜひご覧になってなにか法則性がないか考察お願いします。 すいません。また>>1にお願いがあるのですが
今１０進で表示されている数字をnビット先頭0埋め2進数で表示させられませんか？
ひょっとしたら法則性が見えやすくなるかもしれないのですが。 あげました〜
https://github.com/righ1113/CollatzMod/blob/master/CE_n%3D10b.txt
プログラムでやりたい場合は、
最新版のCollatzExpansion.hsの
74行目をコメントアウトして、
75行目のコメントを外すと、バイナリになります。 おお、ありがとうございます。
さらに追加で要求でもうしわけないんですが、
１０進版とバイナリ版のexeもgithubに上げてもらえませんか
exeなら前786さんやほかの方も抵抗が少ないだろうし 上げました。
https://github.com/righ1113/CollatzMod
CollatzExpansion.exe
CollatzExpansionB.exe
です。 おお、何度もありがとうございます。
>>1にも聞いてみたいですが結構法則性ありそうに見えますよね？ >>559
2進数で左右反転しているのと、そうでないのとがありますね。 あまり期待はしないで下さいな。
出力の並び順ですが、
00000
10000
01000
11000
:
:
のようにしてもいいかもしれません。可能ならば。
>>544で言ったようにコラッツ展開を2進展開の類似物と捉えると、
コラッツ展開の初項が一の位に対応するので。
もしくは2進展開にならってコラッツ展開も右から左に書くことにするとか。 ぜんぜん関係のない話なんで、スレ汚しスマン。
以前、原始ピタゴラス数の絡みで、直角二等辺三角形に
収束する数列を、スターン＝ブロコット木の上で追いかけていたら、
そこにフィボナッチ数列が出てきたことがある。
どういう境界条件で左右反転が起きるのかは、追いかけてみたら
面白そうな気がする。
（私が面白そうな気がするだけで、結果についてはいっさい責任は
取らないということは、いうまでもないが） 桁数：左右反転している個数
1: 2
2: 4
3: 6
4: 10
5: 16
6: 22
7: 30
8: 44
9: 58
10: 68
11: 80
12: 96
13: 122
14: 144
15: 162
16: 182
17: 200
18: 212
19: 228
20: 254 割合的には急激に減る
桁数をnとすると、n*log nくらいのオーダーか？ さらに>>１にお願いしたいが
入力ｎに対して丁度nビットの01列とそれに対応するコラッツ展開をもつ2^n以下の自然数を列挙
コラッツ展開と自然数を２進であらわしたものが反転してる関係にあるものは行頭に空白４個入れる
反転ではないものは行頭に空白を入れずに表示
でプログラムお願いできない？ 左右反転になるもの
1 [0, 1]
2 [0, 1, 2, 3]
3 [0, 2, 3, 4, 6, 7]
4 [0, 3, 4, 6, 7, 8, 11, 12, 14, 15]
5 [0, 3, 6, 8, 11, 12, 14, 15, 16, 19, 22, 24, 27, 28, 30, 31]
6 [0, 6, 11, 12, 15, 16, 22, 24, 28, 30, 31, 32, 38, 43, 44, 47, 48, 54, 56, 60, 62, 63]
7 [0, 12, 15, 22, 24, 30, 32, 43, 44, 47, 48, 56, 60, 62, 63, 64, 76, 79, 86, 88, 94, 96, 107, 108, 111, 112, 120, 124, 126, 127]
8 [0, 15, 24, 30, 43, 44, 48, 60, 63, 64, 79, 86, 88, 94, 96, 107, 111, 112, 120, 124, 126, 127, 128, 143, 152, 158, 171, 172, 176, 188, 191, 192, 207, 214, 216, 222, 224, 235, 239, 240, 248, 252, 254, 255]
9 [0, 30, 43, 48, 60, 63, 79, 86, 88, 96, 120, 126, 128, 158, 171, 172, 176, 188, 191, 192, 214, 222, 224, 235, 240, 248, 252, 254, 255, 256, 286,
299, 304, 316, 319, 335, 342, 344, 352, 376, 382, 384, 414, 427, 428, 432, 444, 447, 448, 470, 478, 480, 491, 496, 504, 508, 510, 511]
10 [0, 60, 79, 86, 96, 120, 126, 158, 171, 172, 176, 191, 192, 240, 252, 255, 256, 316, 342, 344, 352, 376, 382, 384, 428, 444, 448, 470, 480, 496,
504, 508, 510, 511, 512, 572, 591, 598, 608, 632, 638, 670, 683, 684, 688, 703, 704, 752, 764, 767, 768, 828, 854, 856, 864, 888, 894, 896,
940, 956, 960, 982, 992, 1008, 1016, 1020, 1022, 1023] 左右反転については考えたことは無かったですね。
とりあえず偶数は奇数に帰着されるので、奇数だけ見るのがいいような気がします。 >>566
>>561の案についてはどうしましょうか？
ビット列を左から書くようにすると、
ビット列とコラッツ展開が『左右反転している』 → 『同一である』
になって分かりやすいと思うのですが。 >>569
じゃあ採用してみましょうか
お願いします >>570
できました。
https://github.com/righ1113/CollatzMod/tree/master/CE02
CE02_n=10.txt
CollatzExpansion02.exe
CollatzExpansion02.hs ありがとうございます
いま外にいるので帰ったらみてみます ん、これコラッツ展開のビットのほうを左右反転させたんじゃなくて
コラッツ展開に対応する自然数のビットを反転させたってことですかね？ いや、両方反転させてるような......
なのに『同一』？？？ >>574は無視してください。
コラッツ展開のビット（初項）を反転させています。 すまん、まだよくわかってないんだが、
そうするとこの10進で表示してあるのは何を表してるの？ >>577
初項がコラッツ展開のビットで、
第二項が初期値（2進数）で、
第三項が初期値（10進数）です。 字下げされているデータは、上からｎ番目にあると第三項もnになる
という法則はありそうなきがする >>581
あ、それはコラッツ展開のビットを1から順番に並べているので、
コラッツ展開と初期値が一致するなら、当然そうなると思われます。 >>573-580
色々とすみませんでした。
プログラムの説明不足でした。 どうでもいいことだけど、いま私のメインマシンが壊れていて
古いノートPC（32bit OS)使ってます。
githubにあげてもらったexeは64bit版ですかね？動きませんでした。
私はソースのほう使ってるのでそれでも大丈夫ですが。 ・コラッツ展開の表記は元のまま。縦の並び順だけを変えている。
・2進数表記は反転させている。
という状態みたいですね。
2進数表記を変えると混乱を招きそうなので
コラッツ展開の方を反転させた方がいいかも？。
つまり
("0000000000","0000000000",1024)
("0000000001","0101010101",341)
("0000000010","1010101010",682)
("0000000011","0011100011",227)
("0000000100","0101010100",340)
：
：
と出力させる感じで。 |
＼ __ ／
＿ （ｍ） ＿ﾋﾟｺｰﾝ
|ミ|
／ ｀´ ＼
('A`)
ノヽノヽ
くく コラッツ展開の一部が、コラッツ値の2進表示下位nビットと一致するなら、
「コラッツ展開の一部を2進数で覆う」と言う事にします。
例を挙げます。
9',14,7',11,17,26',13,20',10,5,8,4',2,1,...
1' 0 1' 1 1 0' 1 0' 0 1 0 0' 0 1
9'
1' 0 （0 1） 2進
7'
1' 1 1 2進
26'
0' 1 （0 1 1） 2進
20'
0' 0 1 0 （1） 2進
4'
0' 0 1 2進
繋げると1' 0 1' 1 1 0' 1 0' 0 1 0 0' 0 1になります。
この後の0,1の繰り返しは2の2進数01で覆えます。 そして、
「コラッツ展開を、下位2ビット以上の2進数の連結で覆い尽くせる」→「コラッツ操作で1に辿り着く」
が言えれば良いと思うのです。 どういう操作をしてるかはなんとなく分かりましたけど、
なんかNGワードがあるとかで書き込めないので画像にて失礼。
https://i.imgur.com/uYeyPKq.png
そこからの>>1さんの主張は私もはっきりとはわかりませんが、
「常に 2 ビット以上覆う」ということを利用してコラッツ予想を証明できないか、みたいな感じでしょうか。 >>590
そうです、こんな感じです。
（確かに26は3ビット覆えますね） 登って下がってというループで山が四つくらいまでのループは無いらしいが、この方面では難しそうだ
Zudilin あたりが書いた 超越数の≪(3/2)^n≫ あたりからなんか言えんかね
ABC が絡むような話もどこかにあったような気がするのは気がふれたみたいだからさようなら ちょっと思い出話でも。
自分がスレを立てる前のコラッツスレに、
「割数列」というものがありました。
コラッツ操作で2で割った回数を並べます。
これを割数列と名付けます。
例えば9の場合は、コラッツ列は
9,28,14,7,22,11,34,17,52,26,13,40,20,10,5,16,8,4,2,1
ですから割数列は
[2,1,1,2,3,4]
となります。
初期値が3の倍数の割数列を完全割数列と名付けます。
（コラッツ予想は3の倍数だけ調べれば良いのは周知です）
9[2,1,1,2,3,4]は完全割数列です。
7[1,1,2,3,4]はふつうの割数列です。 star変換というものがありました。
（名前は勝手に僕がつけました）
長さｎの完全割数列→長さｎ＋１の完全割数列
まず、長さｎの完全割数列を、初項に０をつけたｎ＋１型で表す。
長さｎの完全割数列でできる最終値を９で割ったあまりが・・
３ ・・ A:[6,-4]orB:[1,-2]をつける
６ ・・ C:[4,-4]orD:[3,-2]をつける
０ ・・ E:[2,-4]orF:[5,-2]をつける
元の初項が負になる場合はあらかじめG:[+6]をおこなう。
例
21≡3(mod 9) 21[0,6]
このとき、21[6,6-4]と3[1,6-2]が存在する。 いやあ、懐かしいですねぇ
ちなみに割数列とコラッツ展開は密接に関係しています。
実はコラッツ展開は、割数列から派生して得られたものだったりします。
例えば 9 のコラッツ展開は
1,0,1,1,1,0,1,0,0,1,0,0,0,1,…
ですが、このとき 1 が現れてから次の 1 が現れるまでの項数を見ていくと
2,1,1,2,3,4
となり、これが割数列に一致します。 >>597
前スレで、「全てのstar変換後の完全割数列は、全ての3の倍数の奇数を尽くす」事を証明しました。
しかし、後ろに無限に長く、base caseである21[6]にたどり着かない
完全割数列を排除できなくて、その時は挫折しました。 star変換後に、割数列の要素が0や負になる事は禁止していますが、
これを認めたらどうなるでしょうか。
2つほど試してみます。
9[2,1,1,2,3,4]
↓ F[5,-2] y=8x/3-3
21[5,0,1,1,2,3,4]
・確認の計算
割数列を逆から辿る。4->3->2->1->1まででコラッツ値は7だから
(7*2^0-1)/3 = 2
(2*2^5-1)/3 = 21 辻褄は合ってます
15[1,1,1,5,4]
↓ C[4,-4] y=x/3-2
3[4,-3,1,1,5,4]
・確認の計算
割数列を逆から辿る。4->5->1->1まででコラッツ値は23だから
(23*2^-3-1)/3 = 5/8
((5/8)*2^4-1)/3 = 3 辻褄は合ってます
どちらも、コラッツのルールからは外れるけれども、
(3x+1)/2^pの計算自体は出来ているようです。 全ての場合でうまくいく訳ではありません。
star変換それぞれについて見てみます。
・3 mod 9
A[6,-4] y=4x/3-7 x=3+9t ⇒ y=3(4t-1) t=0は禁止する
B[1,-2] y=x/6-1/2 x=3+9t ⇒ y=3t/2 t:奇数は禁止する
・6 mod 9
C[4,-4] y=x/3-2 x=6+9t ⇒ y=3t t=0は禁止する
D[3,-2] y=2x/3-1 x=6+9t ⇒ y=3(2t+1) オールオッケー
・0 mod 9
E[2,-4] y=x/12-3/4 x=9t ⇒ y=(3/4)(t-1)
t-1が4の倍数でない時禁止する
F[5,-2] y=8x/3-3 x=9t ⇒ y=3(8t-1) オールオッケー
変換後のコラッツ値が、0や負や分数になるものを禁止すれば、
この変換は、3の倍数から3の倍数に写ります。
これで得られる割数列を「拡張完全割数列」「拡張コラッツ予想」と呼ぶ事にします。 拡張完全割数列のうちで、後ろに無限に長く、base caseである21[6]にたどり着かない、
最小反例を考えます。
この割数列にstar変換を施したものも、後ろの方は変わっていないので、反例です。
この反例が最小反例よりも小さければ、矛盾を引き出すことができます。
こういう目論見です。 考えていた物と別の証明が浮かんだので、そっちを書きます。
>>603の最小反例に、コラッツ値が偶数のものはありません。
2で割るとさらに小さくなるからです。
ということは、拡張完全割数列でコラッツ値が偶数のものは有限項です。
これに、star変換を逆に施した、普通の完全割数列も有限項（1に辿り着く）ということです。 普通の完全割数列に、star変換を施して、変換後のコラッツ値が偶数になるものを見てみましょう。
・3 mod 9
各star変換 変換関数 返還前 変換後
A[6,-4] y=4x/3-7 x=3+18t ⇒ y=24t-3 偶数はない
B[1,-2] y=x/6-1/2 x=3+18t ⇒ y=3t t:偶数でyは偶数 ⇒ x=36t+3は有限項
・6 mod 9
C[4,-4] y=x/3-2 x=15+18t ⇒ y=6t+3 偶数はない
D[3,-2] y=2x/3-1 x=15+18t ⇒ y=12t+9 偶数はない
・0 mod 9
E[2,-4] y=x/12-3/4 x=9+18t ⇒ y=(3/2)t t:4の倍数でyは偶数 ⇒ x=72t+9は有限項
F[5,-2] y=8x/3-3 x=9+18t ⇒ y=48t+21 偶数はない コラッツ値x=36t+3とx=72t+9は1にたどり着く事が分かりました。
（3と9は手計算で、ということにしましょう）
ここで思ったのですが、このパターン、剰余コラッツ予想で解かれてなかったっけ！？
>>4
＞前スレ>>786の予想は、以下の場合に証明できています。
＞・n は 83 以下の奇数, k は任意
36は81に帰着されるので有効、
72は243なので今のところout 偶数は「最小でない反例」の可能性があるのですね。
失礼しました。
>>604-606は無しでお願いします。 >>603を証明します。
拡張完全割数列のうちで、後ろに無限に長く、base caseである21[6]にたどり着かない、
最小反例cを考えます。
「cは奇数」であり、「c≠3」「c≠9」とします。
「c≡3 mod 9」「c≡6 mod 9」「c≡0 mod 9」で場合分けをします。
・c≡3 mod 9のとき
star変換B[1,-2]をおこないます。変換関数はy=c/6-1/2
入力は
c=9t+3 (t≦0) から始めて
cは奇数なので c=18t'+3 (t'≦0)
cは3ではないので c=18t'' +21 (t''≦0)
変換関数に代入すると
y=3t'' +3 < c より小さい反例が得られました。
・c≡6 mod 9のとき
star変換D[3,-2]をおこないます。変換関数はy=(2/3)c-1
入力は
c=9t+6 (t≦0) から始めて
cは奇数なので c=18t'+15 (t'≦0)
変換関数に代入すると
y=12t' +9 < c より小さい反例が得られました。 ・c≡0 mod 9のとき
star変換E[2,-4]をおこなうと、分数になる場合があります。
なので入力を分割します。
c=9t+9 (t≦0) を
c1=36t'+9 (t'≦0) 9を除いて36t'' +45 (t''≦0)
c2=36t'+18 (t'≦0) 偶数なので除外
c3=36t'+27 (t'≦0)
c4=36t'+36 (t'≦0) 偶数なので除外
・c1のときはE[2,-4]をおこなう
y=c1/12-3/4 = 3t'' +3 < c1 より小さい反例が得られました。
・c3のときは、以下をそれぞれF後のmod9に応じておこないます。
F → C (1/3)((8/3)c3-3)-2 = (8/9)c3 -3 < c3
F → B (1/6)((8/3)c3-3)-1/2 = (4/9)c3 -1 < c3
F → E (1/12)((8/3)c3-3)-3/4 = (2/9)c3 -1 < c3
どの場合も、より小さい反例が得られました。
なお、F → Eのときは循環する可能性がありますが、
y=(8/3)(27+36t')-3 = 72+96t'-3 = 27+ 42+96t'
42+96t' = 36t'' とおくと、一次不定方程式になりますが、
42はgcd(96, 36)=12 の倍数ではないので、この式は整数解を持ちません。
よって、27+36t' ―F→ 27+36t'' になることはありません。
いずれの場合も、より小さい反例が得られたので、
最小反例cは存在しません。 拡張完全割数列に対して、無限項のものがないと分かりました。
よって、全ての項が正である、通常の完全割数列に限定しても、無限項のものはありません。
以上より、全ての3の倍数の奇数は、1に辿り着くことが言えました。 えっ
ちょい待ち
全ての6n-3が1を含む枝に属する事が証明できた？
コラッツ予想の証明完了じゃん >>608で、c=18t''+21 から y=3t''+3 への変換で
対応する割数列の変換が本当に B[1,-2] になってるかが怪しいような。 >>614
c=18t''+21 ーB[1,-2]→ y=3t''+3 を
先頭5個を手計算してみました。
21[0,6] → 3[1,4]
39[0,1,1,2,1,... → 6[1,-1,1,2,...
57[0,2,1,2,2,... → 9[1,0,1,2,...
75[0,1,2,8] → 12[1,-1,2,8]
93[0,3,1,5,4] → 15[1,1,1,5,4]
ひとまずうまくいっているようです。 c≡0 mod 9のときに不備がありそうです。
調査します。 0 や負の項を許しているのを失念していました。
ただそうすると、一つの数に対して複数の数列が対応することになります。
c=18t''+21 の割数列に変換 B[1,-2] を施すと、y=3t''+3 の拡張完全割数列の一つが得られますが、
それは y=3t''+3 の通常の割数列と同じとは限らず、通常の割数列が無限に長いとは言い切れない、
すなわち反例になっているとは言い切れないと思います。 せっかく解けない問題があるんだから、何かに使えないんでしょうか
数独のようなパズルを作る
乱数を作る
暗号システムを作る >>617
入力も拡張完全割数列にすればどうでしょう。
図を書いてみました。
https://github.com/righ1113/CollatzMod/blob/master/picture/divSeq_logic.jpg
反例を、
「ある3の倍数のコラッツ値を表す、拡張完全割数列の少なくとも一つが無限項である」
と定義します。これならどうでしょうか。 最小反例が 3 である可能性がありますね。
その場合、コラッツ値をより小さくすることはできず、矛盾は生じません。 そうですねぇ、だめですね……
ありがとうございました。 レベルというものを導入します。
6x+3のコラッツ値で、全ての項が正の完全割数列のみがあらわす
ものを、レベル0のコラッツ値とします。
レベル0のコラッツ値と、全ての項が正の完全割数列は、
1対1対応しています。
レベル0のコラッツ値を、0,負も認めたstar変換を1,2,3回施した
ものを、レベル1のコラッツ値とします。
レベル1のコラッツ値で、最小反例が無い事を証明します。
・レベル1のコラッツ値3が最小反例でない事
3から、star変換を逆に施していきます。
それぞれ、1,2,3回逆に施したところで、レベル0に戻るので、
1対1対応した割数列を割り当てます。
有限個の割数列が得られるので、1つ1つ有限項か計算すれば良いです。 プログラムを使って説明します。
コラッツ値をあらわす割数列を列挙する関数allDivSeqを考えます。
第一引数は、コラッツ値です。
第二引数は、star変換を施した回数です。
allDivSeq 3 1を例にとって説明します。
star変換を1回施して、コラッツ値が3になるものを考えて、
allDivSeq 3 1
= B[1,-2] ++ allDivSeq 21 0
, C[4,-4] ++ allDivSeq 15 0
, D[3,-2] ++ allDivSeq 6 0
, E[2,-4] ++ allDivSeq 45 0
と再帰的に表せます。
第二引数が0になった所で、そのコラッツ値があらわす、
全ての項が正の完全割数列を当てはめます。偶数は無視します。
allDivSeq 3 1
= B[1,-2] ++ [6]
, C[4,-4] ++ [1,1,1,5,4]
, D[3,-2] ++ Nothing
, E[2,-4] ++ [3,2,3,4]
と、有限項の割数列で列挙できました。 レベル1のコラッツ値3x+3に、最小反例が存在しない事を証明します。
3と9はallDivSeqを使って、
残りの数は、>>608-609を手直ししたものを使います。 3の倍数に0も含めることにします。
3も9もstar変換で0になって、小さくなるのでOKとします。
レベル1のコラッツ値3xに、最小反例が存在しない事を証明します。（後日）
0はallDivSeqを使って、
残りの数は、>>608-609を手直ししたものを使います。 見直しというか、証明の形式化にチャレンジしています。
Idrisというマニアックな言語を使っています。Coqみたいな事ができます。
型を合わせるのがめんど……いや、難しいですね。 場合分けが尽くせてないですが、Ver0.1をリリースします。
https://github.com/righ1113/collatzProof_DivSeq
最終的な定理はProofColDivSeqMain.idrにあって、以下です。
allDivSeqInfFalse : (n:Nat)
-> any unLimited (allDivSeq (n+n+n) 0) = False
これは、3の倍数の奇数の完全割数列が全て、有限項である（1に辿り着く）
事を示しています。 数学の60年来の難問を、「不老不死研究」の生物医学者がこうして解き明かした
https://wired.jp/2018/08/02/a-decades-old-math-problem/
押しても引いてもだめなら、まったく違う方面からのほうがいいのかもね >>637
はー、なるほど。分かったような、分からないような。 一つ注意点があります。
プログラムでの証明中に、postulate（無条件の仮定）を使っています。
なので、完全な形式化という訳ではないです。
postulateな命題については、紙の上で証明すれば良いと考えています。 なにげに結構なボリュームあるな
普通にすごいわ
内容的にただしいのか俺の実力じゃジャッジできないけど DIR EN GREYのアルバムを買った。
これを聴いて証明を頑張ろう。 紙の証明 第二部が作成完了しました。
良かったら見てみて下さい。
第2部 レベル0のallDivSeqは、全て有限項 （これが言えればコラッツ予想も真）
https://github.com/righ1113/collatzProof_DivSeq/wiki 正直、１０００万円くらいの懸賞かかっててもいいと思うけどね そうですよね。100万でも「おおっ」ってなります。 ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
