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(続)コラッツ予想解明への新解析手法の紹介8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。

 新手法要約動画 ←クリック

(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C6章 CS円板アート

C6-1 C値とCS円板


 コラッツルールに従う全ての正奇数$${No}$$はCS空間上ではCS交互変換プロット(C値とS値を交互にローレンツプロット)により、全てCS直線上に乗せることに成功しました。カオス力学の初歩の1次元線形写像への変換に成功したわけです。
 偶数のC値はコラッツルールに従って到達する奇数のC値に等しくなってしまうので、CS空間上では偶数は必然的に考慮しなくてもよいことは新手法第2章で説明しました。

 C値の発想の基になったのが図C6-1のCS円板です。説明文も含めてアート風に仕上げてみました。
 円板には1から127までの奇数が規則に従って配置されています。
 非常に重要なことは奇数が同心円状(リング状)に配置しており、同心円ごとにグループ分けされていることです。これからC値も導くこともできます。チャレンジしてみてください。

 偶数は表示されていませんが、奇数と奇数の間にあるとみてください。例えば10は、同じ同心円内の9と11の真ん中(5の右の位置)にあるとみてください、また15の同心円において、16(2のべき乗)は15と同じ同心円内の1の真上にあるとみてください。

 CS円板は初めから円板であったわけではなく、最初は直線上に数字を並べて、何か規則性見出せないかな、と四苦八苦していたわけです。思いめぐらせているうちに、規則に従って数字の一部を一行下げ、さらに数字の一部を一行下げ(グループ分け)を繰り返したわけです。そして左右の端を結んで円板にしたわけです。

 C値を導いたなら、初期値27の場合でCSプロット(ローレンツプロット)してみてください。全てのプロット点がCS直線式の上方に、”近くに”存在していることを確認してみてください。きっと感動しますよ。

  図内左下の背景白箇所の説明文を図の後に示しておきます。

図C6-1 CS円板1(最大数127)

 CS円板には1から127までの”奇数のみ”が中心から順に規則に従って配置されています。赤丸内の数字は3の倍数(3で割れる数)です。矢印は途中計算を省略できるガイド線です。

(例)
 3は奇数なので、まず3倍して赤丸9に移ります。1を足して10ですが10は偶数なので2で割り5となります。矢印で示した先に5があります。次に5を3倍して赤丸15に移ります。1を足して16ですが16は偶数で、2で次々割れて1に到達します。
 つまり3倍の数を探せば矢印の先に2で割れるだけ割った奇数が示されています。1を足し、更に2で割る作業はしなくてもいいです。また、2で割った回数と同数だけ内側の円に移動(*)しています。
 このCS円板で試せる数字は 
      1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 25, 29, 33, 37
です。この数字だけで試してみても、どれも1に到達するのは大変不思議です。上記以外の数字は途中で円板内の数字より大きな数字が現れますが、円板内の数字に必ず戻り、1に到達します。例えば27は途中で3077まで到達します。

(*)CS円板で1の円の外側に数字の無い(4つのCSが書いてある)同心円がありますが、そこも工夫の1つです(16は2で4回割って1に到達など)。


 CS円板の各数字において当たればピンポン、外れた時はブーとなるような電気機械仕掛けパネルであれば、老若男女問わずどなたにでも楽しみながら、数学歴史的未解決問題の1つを伝えることができます。タッチパネルよりも電気機械仕掛けの方が楽しめそうです。クリエータは特許等は取得していませんが公的機関、メーカ様等、ご関心頂ければ幸いです。

 高校生で電子工作仲間が集まって、手作り感があるパネルで学園祭などで
皆さんに楽しんでもらいながら伝えることもできますね。数学は日常生活では殆ど馴染みはないですよね。電卓(アプリ)を使うくらいでしょうか。数学というよりも簡単な四則演算くらいでしょう。

 数学歴史的未解決問題の1つを円板を通して身近に感じてもらえることができ、数学に関心を持ってもらえる1つの機会となれば良いことです。


 最大値63までのCS円板もアート感はありませんが作成してみました。試せる数は9個に減りますが、全て暗算で1に到達するまでの過程を追跡できます。
 電気機械仕掛けパネルなら、奇数を全部ボタンにしても32個で済みますね。矢印は描かない、偶数は小さく描いて表示するなどの工夫もしてみてもいいと思います。

図C6-2 CS円板2(最大数63)


図C6-3 CS円板3(最大数63)



新手法第1章から第8章および(続)新手法第C6章
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、
Cグループ、Sグループ、a点、b点、c点、d点、
可算無限個、1価連続関数(写像)、C接続連続関数、
シャルコフスキーの定理、シャルコフスキー順序、
CS円板同心円状グループ分け
距離$${D}$$、$${c(N)}$$、
$${6t+5}$$型、$${6t+1}$$型、$${4t+3}$$型、$${8t+1}$$型、など
$${z_{s}}$$、$${f_{c}(x)}$$、$${f_{s}(x)}$$、$${Nc}$$、$${Ns}$$、$${Nv}$$、$${Nw}$$、$${m_{o}}$$、$${m_{c}}$$、$${m_{s}}$$、$${t_{c}}$$、$${t_{s}}$$、$${t}$$、$${Mo}$$、$${cs(mo)}$$、$${s(Mo)}$$、$${f}$$、$${g}$$
$${\epsilon_b}$$、$${\epsilon_c}$$、$${b_{\epsilon}}$$点、$${ c_{\epsilon}}$$点、
$${u_{cs}(x)}$$、$${u_{c}(x) (x<1/3)}$$、$${u_{s}(x) (x\ge 1/3)}$$、
$${d_{cs}(x)}$$、$${d_{c}(x) (x<1/3)}$$、$${d_{s}(x) (x\ge 1/3)}$$、
$${F_{n}(x)}$$




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