(続)コラッツ予想解明への新解析手法の紹介3ー問題の意味が小学生でもわかる高額懸賞金数学歴史的未解決問題
「コラッツ予想解明への新解析手法の紹介」は「第1章 新手法の紹介の前に」からご覧ください。
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「(続)コラッツ予想解明への新解析手法の紹介」では第C1章からご覧ください。
第C1章には(続)新解析手法の各C・章へのリンクが貼ってあります。
第C3章 3S+1変換と3S-1変換のCSプロットの比較
C3.1 3S+1変換のCSプロット(復習)
3S+1変換のCSプロット(C値のローレンツプロット)に至るまでの手法は新手法2章で説明しました。C値の定義や諸特性は有料記事の中で説明しました。C値の定義は購入された読者もおりますので説明できませんが、C値とはこんな特性を持っている、その特性は定理みたいなもの、ということで読み進めていただければと思います。
図C3-1は27を初期値とした場合の1に到達するまでの奇数変化です。この奇数変化を横軸にステップ番号(27は番号0、1は番号41)を、縦軸に各番号の奇数の値を表示したのが図C3-2(左)です。
図C3-2(左)のグラフに新手法でC変換を施すとC値となり、CS振動 (図C3-2(中))という規則性が見られるようになります。このCS振動をローレンツプロット(CSプロット)したのが図C3-2(右)です。CS直線も示してあります。(記事は書きながらまとめ、逐次公開していったため、CS振動とかCSプロットとか新手法記事で名付けましたが、S値は用いておらずC値のみの特性ですので、C振動、Cプロットの方が良かったですね)
CS直線式:
$$
\begin{array}{}
&(c3.1)& & f_{c}(x)=\cfrac{3}{2}x+\cfrac{1}{2}& &(0\le x <1/3)& \\\
\\\
&(c3.2)& & f_{s}(x)=\cfrac{3}{4}x-\cfrac{1}{4}& &(1/3 \le x <1)
\end{array}
$$
また、C変換の重要な性質、途中ステップの偶数のC変換値(C値のこと)は全て等しく、その値は到達する奇数のC変換値に等しいため、C変換した世界では偶数は必然的に考慮しなくてもよいことも新手法第2章2.2で説明しました。
C値は定義から有限小数であり、またx座標もy座標も0以上1未満の範囲にあります。
次にCSプロット点の特性についてみてみます。
図C3-3は図C3-2(右)の拡大図です。
27が初期値の場合のCSプロット点ですが、具体的には
$${(c(27),c(41))}$$,$${(c(41),c(31))}$$, $${\cdots}$$,$${(c(53),c(5))}$$,$${(c(5),c(1))}$$
の計41個の点をプロットしたグラフです。
ローレンツプロットと言います。
$${c(1)=0}$$であり、最終点$${(c(5),c(1))}$$のみX軸上にあります。
(1に到達すればずっと1のループなので、そこまで拡張すると最終到達点は原点になります)
どのような初期値であっても、最終点以外のCSプロット点は全てCS直線よりXの負方向に、かつCS直線の”近く”にあります。決してCS直線上に乗ることはありません。CS直線よりXの負方向にとは、Y方向から見ればCS直線より常に上に位置していることになります。
またCSプロット点を直線で結んでも同一直線上に乗りません。ジグザグ、ボコボコしています。
$${2^{68}}$$以下の正奇数はループもせず無限回ステップになることもなく、全て1に到達することはわかっています。$${2^{68}}$$以上の奇数ではCS直線との差は高々$${10^{-21}}$$程度です。
C3.2 3Sー1変換のCSプロット
3Sー1変換のC値の定義は3S+1変換のC値の定義と同じです。
CS直線式も(c3.1), (c3.2)式と同じです。S値は今回の進展の説明には
用いませんが、3Sー1変換のS値の定義と3S+1変換のS値の定義と
は異なります。
3Sー1変換のCSプロットを初期値153を例にとり説明します。
図C3-4はループに到達するまでの奇数変化です。
61に到達した後は、7周期となります。
$${61 \to 91\ \to 17 \to 25 \to 37 \to 55 \to 41 \to 61}$$
1回目の61が現れるまでの総ステップ数は32です(→の数)。
図C3-4をグラフにしたのが図C3-5、これら全てのプロット点にC変換を施してC値としてプロットしたのが図C3-6のCS振動グラフです。
図C3-6のCS振動グラフをローレンツプロットしたのが、図C3-7
のCSプロットです。CS直線も示してあります。
3S-1変換のCSプロット点も、3S+1変換のCSプロット点も一見すると類似したプロット点のように見えますが、決定的な違いがあります。
この違いが3S+1変換ではループは存在せず(少なくとも$${2^{68}}$$以下の奇数に対しては、ループは存在していない)、3Sー1変換ではループは存在する(正確にはループは存在してもよい)決定的な要因となります。
これに関しましては同章別セクションとして説明していきます。
新手法第1章から第8章および(続)新手法第C2章(後半)
までの変数・定義語・関数
$${N}$$、$${No}$$、総ステップ数、ステップ番号、
CS振動、C変換、CSプロット、CS直線式、3C+1変換、
3S+1変換、S変換、(一般)コラッツ空間、CS空間、tツリー、
ローレンツプロット、周期軌道、周期点、不動点、究極的な周期点、クモの巣図法、CS交互変換プロット、不動点$${\left(\cfrac{1}{3},0\right)}$$、
CS写像、最終点、最終到達点、3Cー1変換、3Sー1変換
距離$${D}$$、$${c(N)}$$、
$${6t+5}$$型、$${6t+1}$$型、$${4t+3}$$型、$${8t+1}$$型、など
$${z_{s}}$$、$${f_{c}(x)}$$、$${f_{s}(x)}$$、$${Nc}$$、$${Ns}$$、$${m_{o}}$$、$${m_{c}}$$、$${m_{s}}$$、$${t_{c}}$$、$${t_{s}}$$、$${t}$$、$${Mo}$$、$${cs(mo)}$$、$${s(Mo)}$$、$${f}$$、$${g}$$
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