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      角谷猜想

      這里向大家介紹一個近幾年來,始發于歐美、風靡全球的趣味數學游戲——“角谷猜想”問題。

        “角谷猜想”又稱“冰雹猜想”。它首先流傳于美國,不久便傳到歐洲,后來一位名叫角谷的日本人又把它帶到亞洲,因而人們就順勢把它叫做“角谷猜想”。其實,叫它“冰雹猜想”更形象,也更恰當。 

      為什么叫它“冰雹猜想”呢?顧名思義,這首先要從自然現象——冰雹的形成談起。 

       

      大家知道,小水滴在高空中受到上升氣流的推動,在云層中忽上忽下,越積越大并形成冰,最后突然落下來,變成冰雹。 

      “冰雹猜想”就有這樣的意思,它算來算去,數字上上下下,最后一下子像冰雹似地掉下來,變成一個數字:“1”. 

        這個數學猜想的通俗說法是這樣的:任意給一個自然數N,如果它是偶數,就將它除以2,即將它變成。對任意的一個自然數施行這種演算手續,經有限步驟后,最后結果必然是最小的自然數1。 
        對這個猜想,你不妨任意挑幾個數來試一試: 

      若 N=9,則 9×3+1=28, 28÷2=14, 14÷2=7, 7×3+1=22,22÷2=11,11×3+1=34,34÷2=17,17×3+1=52,52÷2=26, 26÷2=13,13×3+1=40,40÷2=20,20÷2=10,10÷2=5,5×3+1=16,16÷2=8,8÷2=4,4÷2=2,2÷2=1。

      你看,經過19個回合(這叫“路徑長度”),最后變成了“1”。

      若 N=120,則120÷2=60,60÷2=30,30÷2=15,15×3+1=46,46÷2=23,23×3+1=70,70÷2=35,35×3+1=106,106÷2=53,53×3+1=160,160÷2=80,80÷2=40,40÷2=20,20÷2=10,10÷2=5,5×3+1=16,16÷2=8,8÷2=4,4÷2=2,2÷2=1。

      你看,經過20個回合,最后也仍然變成了“1”。

      有一點更值得注意,假如N是2的正整數方冪,則不論這個數字多么龐大,它將“一落千丈”,很快地跌落到1。例如: N=65536=216 則有:65536→32768→16384→8192→4096→2048→1024→512→256→128→64→32→16→8→4→2→1。

      你看,它的路徑長度為16,比9的還要小些。 

      我們說“1”是變化的最終結果,其實不過是一種方便的說法。嚴格地講,應當是它最后進入了“ 1→4→2→1”的循環圈。這一結果如此奇異,是令人難以置信的。曾經有人拿各種各樣的數字來試,但迄今為止,總是發現它們最后都無一例外地進入“1→4→2→1”這個死循環。已經驗證的最大數目,已達到1099511627776。

      由于數學這門科學的特點,盡管有了如此眾多的實例,甚至再試驗下去,達到更大的數目,但我們仍不能認為“冰雹猜想”已經獲得證明,因此還只能稱它為一個猜想。

      (在我們所查閱的資料中,尚未見到對這一猜想的完整證明。)可想而知,要證明它或推翻它,都是很不容易的,要設法說出它的實質,也似乎是難上加難。

      不僅如此,對于“角谷猜想”,人們在研究過程中或作出了改動,或進行了推廣,得出的結果同樣富有奇趣。比如,對于“角谷猜想”若作如下更動:
        任給一個自然數,若它是偶數,則將它除以2;若它是奇數,則將它乘以3再減1.……如此下去,經過有限次步驟運算后,它的結果必然毫無例外地進入以下三個死循環: 

      ①1→2→1;②5→14→7→20→10→5; 
        ③17→50→25→74→37→110→55→164→82→41→122→61→182→91→272→136→68→34→17. 
        親愛的讀者,你能對它們作出證明嗎?更進一步,你能作出新的發現,為數學這個百花園增添新的奇光異彩嗎? 

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