コラッツ予想(2)
2進数で計算した場合、下位が01になった場合にその上が0か1で次の結果が違う。
1101->10100
1001->1110
0が1つなら一操作で0が2以上くる
0が2つ以上なら一操作で0が1つくる
上位の連続する1のブロックは一操作で1.5倍されるので最上位が10なる
10の場合は100となる
この場合2桁増加するが0の連続が発生するので平均では1桁未満になる。
1操作で桁あがりするのは連続する1があるブロックで
不連続な場合は桁上がりをしない。
桁あがりした場合は10というパターンになり不連続になる
つまりどの場合でも2操作以上で平均すれば増加は1桁に満たない。
ここでまとめると
最下位の1の連続ブロックは2操作で2ビット減る
このブロックの先頭は桁あがりして1000となる
上位の連続する1のブロックは2操作で最大で1ビット増加する
1操作あたりの平均は1倍より小さくなる
(数学的にどう説明すればいいかはわからないが)
2進数での連続する1をブロック単位でみてみると特徴的な動きをしていることがわかる。
からくりが見えてきた。
001->10(=0.75倍)
101->1000(=0.1875倍)
011->101(=1.5倍)->1000(=0.28125倍)
111->1011(=1.5倍)->10001
()内は下位0のビットをシフトした後の倍率
下3ビットで考えると
101から1000に変化するところで1/8になる。
1.5を5回掛けでも8にはならない。
1と0が同じ確立で出現する場合やはり操作ごとの平均倍率は1より小さくなると考えられる。
(詳細に検証してないので証明ではないが)
2ビットでは1.5×0.75=1.125で倍率が1より大きくなる
おそらくビットが増えるにしたがって倍率の期待値が1より小さくなっていく。